JPH10276047A - 電力増幅器 - Google Patents
電力増幅器Info
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- JPH10276047A JPH10276047A JP9076318A JP7631897A JPH10276047A JP H10276047 A JPH10276047 A JP H10276047A JP 9076318 A JP9076318 A JP 9076318A JP 7631897 A JP7631897 A JP 7631897A JP H10276047 A JPH10276047 A JP H10276047A
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Abstract
フコントロールをおこなうことができる電力増幅器を提
供する。 【解決手段】 ドレインは、グラウンドに対して正のド
レイン電位に設定され、ゲートは、ドレイン電位および
グラウンドの電位の間の範囲に設定され、ソースとグラ
ウンドとの間には、グラウンドに対するソースの電位を
変化させる制御回路が接続されている。
Description
おり、より詳細には、移動体通信に用いられるGaAs
FETを用いた電力増幅器に関している。
電源だけで動作し、かつ小さい送信電力しか必要ではな
いときに、消費電流を減少させる制御が可能である電力
増幅器が求められている。
系FETを用いるとする。ドレイン電圧が一定の場合、
ドレイン電流Idは、ゲート・ソース間電圧Vgsで決
定される。そのため、ソース電圧Vsが一定の場合には
ゲート電圧Vgの高低によりドレイン電流Idを調整す
ることが可能である。しかしゲート電圧Vgが正の場
合、その範囲は0〜1.0V程度に限定される。これは
GaAs系FETがMESFETあるいはJFETであ
るため、ゲート・ソース間電圧Vgsがこの範囲より大
きい場合、ゲートから電流がFETに流れ込み、その結
果、FETが正常に増幅できなくなるためである。特に
大信号を扱う電力増幅器においては、ゲートに加えられ
る直流電圧に交流電圧が重畳される。そのためこの範囲
は、0V近傍のさらに狭い範囲になる。
力増幅器において、ゲートに負の電源を用いる場合は、
ゲート電圧を正電圧から負電圧にわたる広い範囲に設定
することによってドレイン電流Idの調整を容易におこ
なうことができた。
携帯機器においては、単一の正電源による動作が強く望
まれている。機器を単一の正電源で動作させる場合、ド
レイン、ソースおよびゲートに与えることが可能な電位
は、電源の正極の電位からグラウンド(接地ともよぶ)
の電位までの範囲に限定される。したがって単一の正電
源を用いて、従来の技術による消費電流の制御をしよう
としても、電流の制御範囲が極めて小さくなる。本発明
は、この課題を解決するためになされたものであり、そ
の目的とするところは、ゲート電圧を変化させることな
くドレイン電流Idの調整をおこなうことができる単一
の正電源を用いた電力増幅器を提供することにある。
は、ドレイン、ソースおよびゲートを有する電界効果ト
ランジスタを備えた電力増幅器であって、該ドレイン
は、グラウンドに対して正のドレイン電位に設定され、
該ゲートは、該ドレイン電位および該グラウンドの電位
の間の範囲に設定され、該ソースと該グラウンドとの間
には、該グラウンドに対する該ソースの電位を変化させ
る制御回路が接続されており、そのことにより上記目的
が達成される。
に接続された抵抗器およびスイッチを有する。
効果トランジスタを有し、該電界効果トランジスタの制
御端子は、前記ドレイン電位および前記グラウンドの電
位の間の範囲に設定される。
ウンドとの間に接続されたキャパシタをさらに備えてい
る。
に接続された第1抵抗器およびスイッチと、該第1抵抗
器および該スイッチに並列に接続された第2抵抗器と、
を有する。
前記第2抵抗器の少なくとも1つが可変抵抗器である。
ウンドとの間に接続されたキャパシタをさらに備えてい
る。
の極端子および複数の投端子を有するスイッチと、該複
数の投端子と前記グラウンドとに接続された複数の抵抗
器とを有する。
ウンドとの間に接続されたキャパシタをさらに備えてい
る。
なくとも1つが可変抵抗器である。
の携帯機器(例えば携帯電話機)の電力増幅器において
は、その送信電力が小さい場合に消費電流を減少させる
ような制御(これは「バックオフコントロール」または
「パワーセーブコントロール」とよばれるもので、以
下、「バックオフコントロール」の頭字語である「BO
C」と略記する)をおこなうことが望まれる。本発明に
よれば、電力増幅器において用いられるFET(電界効
果トランジスタ)を単一の正電源だけで動作させつつ、
BOCをおこなうことができる。このような効果を達成
するために本発明による電力増幅器のFETは、そのソ
ースと、グラウンドとの間にグラウンドに対するソース
の電位を変化させる制御回路が設けられている。
る端子Tの電位」のことを簡単のために、「端子Tの電
圧」などとよぶことにする。
とは、スイッチの状態にかかわらず、外部に接続される
端子と接続されているノードをいい、ふつう「コモン端
子」とよばれる端子である。具体的には、例えば図1の
端子7Cが「極端子」である。いっぽうスイッチの「投
端子」とは、スイッチの状態に依存して、外部との接続
関係が変化するノードをいい、ふつう「ノーマリ・コネ
クト(略号:NC)端子」または「ノーマリ・オープン
(略号:NO)」とよばれる端子である。具体的には、
例えば図1の端子7NCおよび7NOが「極端子」であ
る。ただし図1の場合、端子7NCは、外部に接続され
るための物理的な端子や接続点のかたちをとらなくても
よい。これに対して端子7NOは、外部に(具体的には
ソース電極4に)接続されるための物理的な端子や接続
点のかたちをとらなければならない。
信に適したものであるが、その使用周波数、用途などは
これには限定されない。
力増幅器の実施の形態1の回路図である。
ウム砒素)MES(metal semiconductor)FETであ
り、ソース接地型増幅器として用いられている。FET
1のドレイン電極2は、電源の正極から直流電圧3.
5Vを受け取る。FET 1のゲート電極3は、抵抗5
を介してグラウンドに接地されている。電源の負極は、
グラウンドに接続されている。以下のすべての実施の形
態においては、電源として単一の正電源が用いられる。
使用周波数である1.9GHzにおいて利得整合をおこ
なうために、それぞれ出力整合回路(図示せず)および
入力整合回路(図示せず)が接続される。FET 1、
抵抗5、出力整合回路および入力整合回路は、MMIC
(Microwave Monolithic Integrated Circuit)として
一体形成され、樹脂パッケージに封止される。この樹脂
パッケージは、プリント基板(図示せず)に半田実装さ
れる。パッケージ外部から入力される信号は、入力整合
回路を介してゲート電極3に入力される。ドレイン電極
2から出力される信号は、出力整合回路を介してパッケ
ージ外部に出力される。ソース電極4は、パッケージリ
ード(図示せず)に接続され、このパッケージリードは
プリント基板に半田付けされている。
Cの樹脂パッケージの外付け部品のかたちでプリント基
板上に設けられる。抵抗6の一端は接地され、他端はソ
ース電極4と接続されるように、プリント基板のパター
ンに半田付けされる。この抵抗6と直流的に並列となる
ようスイッチ7がプリント基板上に半田付けされる。
ETによって実現されることが好ましい。この場合、ス
イッチ7の端子7NOおよび7CであるSiMOSFE
Tのドレイン電極およびソース電極の間の抵抗は、FE
Tのゲート電圧によって制御される。
Vのとき、スイッチ7のドレイン電極およびソース電極
の間の直流抵抗は、約2kΩ程度になる。つまりこの場
合、スイッチ7は、オフである。逆にスイッチ7のゲー
トに印加される電圧が3.5Vのとき、スイッチ7のド
レイン電極およびソース電極の間の直流抵抗は、約1Ω
程度になる。つまりこの場合、スイッチ7は、オンであ
る。以上のようにスイッチ7として機能するFETのド
レイン・ソース間の抵抗は、そのゲートに、FET 1
のドレイン電極2に印加されるドレイン電圧からグラウ
ンドの電圧までの範囲の電圧を加えることによって変化
させることが可能である。
するFETは、オンまたはオフのいずれかの状態で用い
られるが、これには限られない。例えばスイッチ7とし
て機能するFETをオンおよびオフの中間の状態で用い
てもよい。この場合は、スイッチ7は、本来のスイッチ
よりはむしろ抵抗としてはたらく。つまり抵抗6に並列
に接続された抵抗の値が変化することになる。スイッチ
7をオンおよびオフの中間状態で用いてもよいことは以
下の実施の形態においてもあてはまる。
こなわれる過程を説明する。
(以下、「ソース接地間抵抗」という)の差に注目され
たい。本実施の形態においてゲート電極3に印加される
電圧は0Vであり、ドレイン電極2に印加される電圧は
3.5Vと一定であるため、ドレイン電流Idはソース
電極4のグラウンドに対する電位(以下、「ソース電
位」という)によって決定される。したがって、ソース
接地間抵抗が大きいとき、ドレイン電流とソース接地間
抵抗との積で決まるソース電位が大きくなり、その結
果、ゲート・ソース間電圧Vgsが減少し、ドレイン電
流Idが減少する。一方、ソース接地間抵抗が小さいと
き、ドレイン電流とソース接地間抵抗との積で決まるソ
ース電位が小さくなり、その結果、ゲート・ソース間電
圧Vgsが増大し、ドレイン電流Idが増大する。具体
的には、スイッチ7がオンの場合、ソース接地間抵抗が
1Ω以下と小さくなりドレイン電流は約200mAと大
きな値をとる。またスイッチ7がオフの場合、ソース接
地間抵抗が5Ω程度と大きくなりドレイン電流は約10
0mAと小さな値をとる。
は、出力電力、利得が大きくなり、ドレイン電流が小さ
い場合には、出力電力、利得が小さくなる。その結果、
本発明によれば、BOC動作が達成される。本実施の形
態ではドレイン電流が大きな値をとる場合、すなわちス
イッチ7がオンの場合に出力電力、利得が高くなるよう
に入力整合回路および出力整合回路が設計されているた
め、この効果がより一層強調される。
MOSFETで構成したが、これには限られない。スイ
ッチ7の両端の抵抗値を変化させることができるなら、
例えばバイポーラトランジスタでもよい。この場合は、
ベース電流を変化させることによって、コレクタ電極お
よびエミッタ電極間の抵抗値を変化させることになる。
び抵抗5がMMIC化され、抵抗6およびスイッチ7と
しては、ディスクリート部品が用いられるが、これには
限られない。例えば、全ての構成要素がディスクリート
部品で構成されていてもよく、逆に全てがMMIC化さ
れていてもよく、さらに構成要素がマルチチップモジュ
ールとして実現されていてもよい。
力増幅器の実施の形態2の回路図である。実施の形態2
は、図1に示す実施の形態1のスイッチ7と並列にバイ
パスコンデンサとして機能するコンデンサ8を挿入した
こと以外は、実施の形態1と同様である。
抵抗6の実装位置により高周波でのソース接地間インピ
ーダンスが変動し、所望の特性が得られない場合があ
る。また、高周波での利得出力電力がソース接地間イン
ピーダンスにより大幅に減少してしまう場合がある。こ
の場合、バイパスコンデンサ8を付加することによっ
て、高周波でのソース接地間インピーダンスがバイパス
コンデンサ8によりほぼゼロになるので、すなわちソー
ス電極4が高周波的にグラウンドに接続されるので、実
装が容易となり、利得および出力電力が改善される。
述べたMMICの内部に50pF程度のバイパスコンデ
ンサ8を集積し、MMIC内で接地しているが、これに
は限られない。例えば、プリント基板上に単一または複
数のバイパスコンデンサを実装しても同様な効果が得ら
れる。
極4のすぐ近くに実装される。
力増幅器の実施の形態3の回路図である。実施の形態3
は、図1に示す実施の形態1の抵抗6の代わりに可変抵
抗9を用い、スイッチ7に直列に可変抵抗10を挿入し
たこと以外は、実施の形態1と同様である。
のオン抵抗のばらつきが大きい場合には、ドレイン電流
とソース接地間抵抗との積にもばらつきが生じ、その結
果、FET 1のドレイン電流Idがばらつく。
およびオフの場合に、必要なドレイン電流Idの合わせ
込みをおこなうことが可能である。ドレイン電流Idを
調整するには、まずスイッチ7をオンにし、所望のドレ
イン電流Id1が得られるように可変抵抗10を調整す
る。次にスイッチ7をオフにし所望のドレイン電流Id
2が得られるように可変抵抗9を調整することによりば
らつきを抑えることが可能となる。ここでId1>Id
2なる関係が満たされる。
によって可変抵抗9および10の調整をおこなうが、こ
れには限られない。例えば、半固定ボリュームや固定抵
抗器を取り替えても同様の効果が得られる。
らか一方だけを調整することによってドレイン電流Id
を調整してもよい。
力増幅器の実施の形態4の回路図である。実施の形態4
は、図3に示す実施の形態3の直列に接続されたスイッ
チ7および可変抵抗10と並列にバイパスコンデンサと
して機能するコンデンサ8を挿入したこと以外は、実施
の形態3と同様である。
び実施の形態3の効果を得ることができる。
力増幅器の実施の形態5の回路図である。
流Id1およびId2(Id1>Id2)の2値を設定
した。これに対して実施の形態5においては、2値以
上、特に3値以上のドレイン電流を設定することが可能
である。
使用周波数である1.9GHzにおいて利得整合をおこ
なうために、それぞれ出力整合回路(図示せず)および
入力整合回路(図示せず)が接続される。FET 1、
抵抗5、出力整合回路および入力整合回路は、実施の形
態1と同様、MMICとして一体形成され、樹脂パッケ
ージに封止される。この樹脂パッケージは、プリント基
板(図示せず)に半田実装される。パッケージ外部から
入力される信号は、入力整合回路を介してゲート電極3
に入力される。ドレイン電極2から出力される信号は、
出力整合回路を介してパッケージ外部に出力される。ソ
ース電極4は、パッケージリード(図示せず)に接続さ
れ、このパッケージリードはプリント基板に半田付けさ
れている。
が半田付けされ、1極多投スイッチ11の極端子Pは、
ソース電極4と接続されるように、プリント基板に半田
付けされたパッケージリードに接続される。また1極多
投スイッチスイッチ11の投端子T1〜TN(Nは2以
上の整数)は、抵抗群12を構成する抵抗12.1〜1
2.Nをそれぞれ介して接地される。
スイッチ11は、例えば、3個のSiMOSFETのド
レイン電極を共通に接続し、極端子Pとして用いる。ま
た3個のSiMOSFETのソース電極をそれぞれ投端
子T1〜T3として用いる。3個のSiMOSFETの
それぞれのゲート電極に3.5Vまたは0Vを与えるこ
とによって極端子Pと投端子T1〜T3との間の抵抗値
を変化させることができる。
および2を利用することができる。
端子の間」(以下、「極投間」という)を「オン」(抵
抗値が実質的にゼロ)にし、他の極投間を全て「オフ」
(抵抗値が実質的にに無限大)にする場合には、抵抗1
2.1〜12.Nを異なる抵抗値に設定することによ
り、最大N種類のドレイン電流が得られる。
オンすることにより、最大2N種類のドレイン電流が得
られる。
12.1〜12.Nの内の一つの抵抗値が実質的にゼロ
であっても、つまりその投端子を直接に接地してもよ
い。また、制御法2では全ての抵抗12.1〜12.N
が同一の抵抗値をもつように設定することによって、最
大N値のドレイン電流値を得るようにしてもよい。
形態では1極多投スイッチ11をSiMOSFETで構
成したが、これには限られない。1極多投スイッチ11
が他のタイプのスイッチ素子であってもよいことは、実
施の形態1と同様である。
び抵抗5がMMIC化され、1極多投スイッチ11およ
び抵抗群12としては、ディスクリート部品が用いられ
るが、これには限られない。例えば、全ての構成要素が
ディスクリート部品で構成されていてもよく、逆に全て
がMMIC化されていてもよく、さらに構成要素がマル
チチップモジュールとして実現されていてもよい。
力増幅器の実施の形態6の回路図である。実施の形態6
は、図5に示す実施の形態5の直列に接続された1極多
投スイッチ11および抵抗群12と並列にバイパスコン
デンサとして機能するコンデンサ8を挿入したこと以外
は、実施の形態5と同様である。
び実施の形態5の効果を得ることができる。
力増幅器の実施の形態7の回路図である。実施の形態7
は、図5に示す実施の形態5の抵抗群12の代わりに可
変抵抗群13を用いること以外は、実施の形態5と同様
である。
のと同様の効果が得られる。すなわち、FET 1の閾
値のばらつきやスイッチ7のオン抵抗のばらつきによっ
て生じるドレイン電流値のばらつきを抑える効果が生
じ、また2値以上の設定も可能となる。
流が必要とされる可変抵抗すなわち最も小さな抵抗値が
必要とされる可変抵抗から、最も小さなドレイン電流が
必要とされる可変抵抗すなわち最も大きな抵抗値が必要
とされる可変抵抗に、順次レーザによりトリミングをお
こなった。これは、大きなソース接地間抵抗ほど負帰還
がはたらく結果、ばらつきが自動的に抑圧されるためで
ある。なお制御は、実施の形態5で説明した制御法1を
用いた。
全てを調整対象としたが、一つ以上を調整する形態であ
ってもばらつき抑制の効果は得られる。
力増幅器の実施の形態8の回路図である。実施の形態8
は、図7に示す実施の形態7の直列に接続された1極多
投スイッチ11および可変抵抗群12と並列にバイパス
コンデンサとして機能するコンデンサ8を挿入したこと
以外は、実施の形態7と同様である。
び実施の形態7の効果を得ることができる。
態において、FET 1のソース電極4とグラウンドと
の間に、ゲート電圧を変化させることによって、ドレイ
ン・ソース間の抵抗値を変化させるトランジスタを設け
てもよい。
形態9の回路図である。実施の形態9は、FET 1の
ソース電極4とグラウンドとの間に接続されたFET
21を備えている。FET 21は、そのゲート端子に
おいて、可変電圧発生器22から出力される直流電圧を
受け取る。可変電圧発生器22は、FET 1のドレイ
ンに印加される電圧以下、かつ0V以上の範囲の所望の
電圧を発生する。FET 21のドレイン・ソース間の
抵抗値は、受け取られた直流電圧に応じて、変化する。
図10は、FET 21のゲート・ソース間電圧Vgs
を変化させたときの、ドレイン・ソース間の抵抗Rds
を変化を示すグラフである。実施の形態5のようなスイ
ッチ11および抵抗群12を用いる代わりに、FET
21および可変電圧発生器22を用いても実施の形態5
と同様の効果を得ることができる。可変電圧発生器22
は、例えば実施の形態5の抵抗12.1〜12.Nがも
つ抵抗値に等しい抵抗Rdsが得られるような電圧をF
ET 21のゲート端子に供給する。
えば実施の形態2と組み合わせることによって、他の実
施の形態の効果を併せて得ることもできる。
コンデンサ8として、チップキャパシタを付加する場
合、そのキャパシタンスは、約30〜約1000pFで
あることが好ましい。またコンデンサ8として、MMI
Cの中にキャパシタを集積して形成するときは、キャパ
シタンスは、約20〜約50pFであることが好まし
い。
onal Handy Phone System)に用いることができるが、
これには限定されない。例えば出力電力が1ワットのク
ラスの北米TDMA(Time Division Multiple Access,
IS-136/IS54)に用いてもよい。TDMAの場合、PH
Sに比較して電源電圧が高い分、ソースに接続された抵
抗における電圧降下が大きくてもよい。すなわち、ソー
スに接続される抵抗が大きくてもよい。その結果、ソー
スに接続される抵抗として可変抵抗を用いる場合には、
可変抵抗を製造するのが容易になる。
電極、ソース電極、スイッチ切り替え端子に印加される
電圧が負ではなく、ドレイン電極印加電圧以下接地電位
すなわち0V以上となるため、負電源が不要となり、正
電源のみで複数の消費電流設定がおこなえるBOC動作
が可能な電力増幅器が実現でき、また、負電源発生装置
が不要となるため通信機の小型化、低コスト化に貢献で
きる。
図である。
図である。
図である。
図である。
図である。
図である。
図である。
図である。
図である。
を変化させたときの、ドレイン・ソース間の抵抗Rds
を変化を示すグラフである。
Claims (10)
- 【請求項1】 ドレイン、ソースおよびゲートを有する
電界効果トランジスタを備えた電力増幅器であって、 該ドレインは、グラウンドに対して正のドレイン電位に
設定され、 該ゲートは、該ドレイン電位および該グラウンドの電位
の間の範囲に設定され、 該ソースと該グラウンドとの間には、該グラウンドに対
する該ソースの電位を変化させる制御回路が接続されて
いる電力増幅器。 - 【請求項2】 前記制御回路は、並列に接続された抵抗
器およびスイッチを有する請求項1に記載の電力増幅
器。 - 【請求項3】 前記スイッチは、電界効果トランジスタ
を有し、該電界効果トランジスタの制御端子は、前記ド
レイン電位および前記グラウンドの電位の間の範囲に設
定される請求項2に記載の電力増幅器。 - 【請求項4】 前記ソースと前記グラウンドとの間に接
続されたキャパシタをさらに備えている請求項2に記載
の電力増幅器。 - 【請求項5】 前記制御回路は、 直列に接続された第1抵抗器およびスイッチと、 該第1抵抗器および該スイッチに並列に接続された第2
抵抗器と、を有する請求項1に記載の電力増幅器。 - 【請求項6】 前記第1抵抗器および前記第2抵抗器の
少なくとも1つが可変抵抗器である請求項5に記載の電
力増幅器。 - 【請求項7】 前記ソースと前記グラウンドとの間に接
続されたキャパシタをさらに備えている請求項6に記載
の電力増幅器。 - 【請求項8】 前記制御回路は、1つの極端子および複
数の投端子を有するスイッチと、該複数の投端子と前記
グラウンドとに接続された複数の抵抗器とを有する請求
項1に記載の電力増幅器。 - 【請求項9】 前記ソースと前記グラウンドとの間に接
続されたキャパシタをさらに備えている請求項8に記載
の電力増幅器。 - 【請求項10】 前記複数の抵抗器の少なくとも1つが
可変抵抗器である請求項8または9に記載の電力増幅
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07631897A JP3589437B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 電力増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07631897A JP3589437B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 電力増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10276047A true JPH10276047A (ja) | 1998-10-13 |
| JP3589437B2 JP3589437B2 (ja) | 2004-11-17 |
Family
ID=13602031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07631897A Expired - Fee Related JP3589437B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 電力増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3589437B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003079542A1 (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Microwave circuit |
| US7539468B2 (en) | 2003-03-07 | 2009-05-26 | Sony Ericsson Mobile Communications Japan, Inc. | Communication terminal device and amplification circuit |
-
1997
- 1997-03-27 JP JP07631897A patent/JP3589437B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2003079542A1 (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Microwave circuit |
| US7539468B2 (en) | 2003-03-07 | 2009-05-26 | Sony Ericsson Mobile Communications Japan, Inc. | Communication terminal device and amplification circuit |
| KR101034873B1 (ko) * | 2003-03-07 | 2011-05-17 | 소니 에릭슨 모빌 커뮤니케이션즈 재팬, 아이엔씨. | 통신 단말 장치 및 증폭 회로 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3589437B2 (ja) | 2004-11-17 |
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