JPS5838647Y2 - トランジスタ増幅器のバイアス回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はエミッタ接地形トランジスタ増幅器におけるバ
イアス回路の構成に関するものである。

従来、エミッタ接地形トランジスタ増幅器のバイアス回
路としては第１図に示すごとき帰還形バイアス回路が多
く用いられている。

このようなバイアス回路を使用した第１図のごときトラ
ンジスタ増幅器で例えばマイクロ波の増幅を行った場合
、同図のＰ１端子から入力を入れ、Ｐ２端子から出力を
取り出した場合の入出力特性は、一般に第２図の実線Ａ
で示されるごとく、入力パワーが小さいうちは入出力の
関係が直線的であるが、入力パワーのあるレベルから、
出力パワーが次第に飽和の傾向をあられし、鎖線Ｃで示
す直線的対応関係から外れてくる。

従来、入出力特性が直線的対応から１ｄＢ圧縮さｎる出
力レベルを１ｄＢコンプレッションレベルと称し、直線
増幅器の性能を評価するために用いられている。

従来のバイアス回路によった場合、出力の飽和を早く生
じ、１ｄＢコンブレツションレベルが低くなる傾向があ
った。

元来、このような出力の飽和を生じる領域は、Ａ級増幅
動作からＡＢ級増幅動作に移行する領域に当っているた
め、増幅器が線形動作から非線形動作に移るにつれて出
力が次第に飽和することは避けられない。

しかしながら従来の第１図のごときバイアス回路を使用
した場合は、増幅器が線形動作から非線形動作に移行す
る付近で、第２図の実線Ｂで示すごとくコレクタ電流が
減少する現象が生じ、これが出力の飽和を早め１ｄＢコ
ンプレツシヨンレベルを低下させる原因となっていた。

このことは第１図の従来形式の回路において抵抗Ｒ２を
可変とし、入力端子Ｐ１からのマイクロ波入力の増加に
応じて抵抗Ｒ２を減少させてベース電流を増し、トラン
ジスタＴＲ１のコレクタ電流が一定になるようにすると
、前述の出力の飽和が早く生ずる現象が阻止されて１ｄ
Ｂコンプレツシヨンレベルが上昇するという事実によっ
て確めることができるものである。

すなわち、Ａ級動作からＡＢ級動作に移行する領域付近
では、トランジスタＴＲ１のベース・エミッタ間の整流
作用によって入力信号の正のピークが整流されてベース
回路に直流分を生じ、帰路の抵抗Ｒ１に逆向きの電圧降
下を発生してペースエミッタ間電圧を低下させる結果、
等価的に直流ベース電流を減少させるものと考えられる
。

さらに入力信号が大きくなるとその負のピークでコレク
タ電流がカットオフ成心となる結果、増幅器の動作はＢ
級に近づき、従って直流コレクタ電流は増加する。

本考案は、トランジスタ増幅器のバイアス回路を改良す
ることによって、とのようなコレクタ電流の減少が生じ
ないようにし、それによって直線的増幅が行われる範囲
を拡大し、１ｄＢコンプレツシヨンレベルを向上させる
ことを目的とするものである。

以下、図面に基いて本考案を詳細に説明する。

第３図は本考案のバイアス回路の一実施例を示す原理図
、第４図は第３図のバイアス回路の実際使用状態を示す
回路図である。

第３図および第４図において、１は入力端子、２゜３は
分圧抵抗を構成する抵抗、４はｐｎｐ形トランジスタ、
５はｎｐｎ形トランジスタ、６は帰還用インピーダンス
、７はトランジスタ５のコレクタ抵抗、８は出力端子、
９は入力整合回路、１０はトランジスタ５にベース電流
を供給しベース負荷となる高周波チョークコイル、１１
はトランジスタ５にコレクタ電流を供給しコレクタ負荷
となる高周波チョークコイル、１２は出力整合回路、１
３．１４はバイパスコンテツサ、Ｖｃｃは正電源で°あ
る。

いま、入力端子１からマイクロ波入力を加えると、入力
整合回路９を経てトランジスタ５のベースに加えられ、
トランジスタ５で増幅されてコレクタ負荷１１に出力を
生じ、出力整合回路１２を経て出力端子８に増幅された
マイクロ波出力があられれる。

マイクロ波入力が小さい間はＩ・ランジスタ５のコレク
タ電流は一定であり、従ってコレクタ抵抗７による電圧
降下も一定であるから、トランジスタ４のエミッタの電
圧も一定であり、従ってトランジスタ４のコレクタから
帰還用インピーダンス６およびベース負荷１０を経て、
トランジスタ５のベースに供給されるベース電流は一定
である。

マイクロ波入力が大きくなると、トランジスタ５のコレ
クタ電流が前述のように減少するので、コレクタ抵抗７
の電圧降下は減少して＋−ランジスタ４のエミッタ電圧
は上昇する。

一方トランジスタ４のベース電圧は分圧抵抗２，３の分
圧比によって定まり一定であるから、トランジスタ４の
ベース・エミッタ間電圧は上昇し、従ってトランジスタ
４のベース電流は増加する。

これによって１ヘランジスタ４のコレクタ回路にベース
電流増加分のほはｈＦＥ倍に相当するコレクタ電流の増
加を生じる。

従ってトランジスタ５はそのベース電流の増加によって
コレクタ電流の減少が妨げられる。

これを第１図の従来のバイアス回路と比較した場合、第
１図の回路では入力の増加によってトランジスタＴＲ，
のコレクタ電流が減少すると、コレクタ抵抗Ｒ３の電圧
降下減少によりコレクタ電位が上昇するが、これを分圧
抵抗Ｒ２，Ｒ１で分圧したもの力用・ランジスタＴＲ１
のベース・エミッタ間の電圧上昇となってトランジスタ
ＴＲ１のベース電流を増加させるものであるのに対し、
第３図のバイアス回路においてはトランジスタ４の増幅
作用が加わる結果、同一の入力増加に対するトランジス
タ５のベース電流の増加が遥かに大きく、従ってトラン
ジスタ５のコレクタ電流の減少を防止する効果が顕著で
あることが理解されよう。

またさらに第３図および第４図に示す本考案のバイアス
回路においては、帰還用トランジスタ４の電流増幅率の
ばらつきに基づく増幅用トランジスタ５のコレクタ電流
のばらつきに対しては、分圧抵抗Ｒ２，Ｒ３の比を変更
することによって帰還用トランジスタ４のベース電流を
変化させ、従って増幅用トランジスタ５のベースバイア
ス電流を変えることによってトランジスタ５のコレクタ
電流のばらつきを吸収することができる。

これは本考案のバイアス回路の利点の一つである。

本考案のバイアス回路は帰還用インピーダンス６の選び
がたによって種々の特徴ある動作状態を得ることか゛で
きる。

第５図は帰還用インピーダンスを例示したものであって
第５図ａは抵抗２１を、第５図すは定電圧素子２２を、
第５図Ｃは定電圧素子２３と抵抗２４の直列回路をそれ
ぞれ示している。

帰還用インピーダンスとして抵抗を用いた場合の第４図
の回路の動作は第６図によって示されるごとくで゛ある
。

同図において曲線Ａ、Ｂ、Ｃは同一条件で第１図のバイ
アス回路を用いた場合のコレクタ電流と入出力の特性を
示したものである。

曲線り、−Ｄ３は第４図の回路において、帰還用インピ
ーダンス６として用いた抵抗２１の値によってトランジ
スタ５のコレクタ電流の変化が異なる様子を示したもの
であり、抵抗値が小さくなるに従って曲線Ｄ１から曲線
Ｄ２を経て次第に曲線Ｄ３に移行する傾向を示す。

曲線Ｅは曲線Ｄ１のコレクタ電流に対する人出力特性を
示したものであり、明らかに従来のバイアス回路による
特性Ａより改善されている。

帰還用インピーダンスに抵抗を用いた場合は、その抵抗
値の選択によってコレクタ電流の傾向を変えるこそがで
゛きる利点がある。

また、第６図から知られるごと＜ＡＢ級動作に移行した
場合コレクタ電流が急激に減少する傾向がある。

この性質は過大入力の場合の増幅用トランジスタ５の保
護に有用なものである。

帰還用インピーダンスとして定電圧素子たとえば゛ツェ
ナーダイオードを用いた場合の第４図の回路の動作は、
第７図によって示されるごとくである。

同図において曲線Ａ、Ｂ、Ｃは同一条件で第１図のバイ
アス回路を用いた場合のコレクタ電流と入出力の特性を
示したものである。

曲線Ｆ ］ 、 Ｆ ２は第４図の回路において帰還用
インピーダンスとして用いたツェナーダイオード２２の
電圧を変化した場合のコレクタ電流を示したものであっ
て、ツェナー電圧の上昇に伴い曲線Ｆ１がら次第に曲線
Ｆ２に移行する傾向を示す。

曲線Ｇは曲線Ｆ１のコレクタ電流に対する入出力特性を
示したものであり、改善されていることがわかる。

帰還用インピーダンスに定電圧素子を用いた場合は、そ
の電圧の選択によってコレクタ電流の傾向を変えること
ができ、また、定電圧素子の温度特性の選択によってバ
イアス状態の温度特性を改善できる利点がある。

帰還用インピーダンスとして定電圧素子と抵抗とを直列
にして用いた場合の第４図の回路の動作は、第８図によ
って示されるごとくである。

同図において曲線Ａ、Ｂ、Ｃは同一条件で第１図のバイ
アス回路を用いた場合のコレクタ電流と入出力の特性を
示したものである。

曲線Ｈ１〜Ｈ３は帰還用インピーダンスとして定電圧素
子たとえばツェナーダイオード２３と抵抗２４とを直列
に用い、抵抗２４の値を変化した場合を示したものであ
って、抵抗値が小さくなるに従って曲線Ｈ１から曲線Ｈ
２を経て次第に曲線Ｈ３に移行する傾向を示す。

曲線■は曲線Ｈ１のコレクタ電流に対する入出力特性を
示したもので改善が明らかである。

帰還用インピーダンスに定電圧素子と抵抗の直列回路を
用いた場合は、定電圧素子の電圧と抵抗値を選択するこ
とによって、人力信号の増加によるコレクタ電流の減少
を防止することができ、かつその特性も広い範囲に選択
することができる。

また定電圧素子の種類と抵抗値の選択によってバイアス
状態の温度特性も極めて良好なものが得られる。

さらに抵抗を用いたことによって定電圧素子のみを使用
した場合のようにバイアス回路自体発振しやすく不安定
になりやすいという欠点も除がれる。

本考案のバイアス回路を実際に使用した効果は次のごと
くである。

ある例では、第１図に示す従来のバイアス回路によった
場合、小入力時の増幅用トランジスタのコレクタ電流４
４０ｍＡが入力を増加したとき３６０ ｍＡ程度まで減
少した。

本発明のバイアス回路を使用した結果、コレクタ電流の
減少を完全に防止することができ、これによって１ｄＢ
コンプレツシヨンレベルにおいて２ｄＢ程度の改善が得
られた。

以上説明したように本考案のバイアス回路によれば、入
力信号が増大してＡ級動作からＡＢ級動作に移行する領
域における増幅用トランジスタのコレクタ電流の減少を
防止することができ、また帰還用素子の選択により、コ
レクタ電流の特性を広い範囲に調整することができる。

さらに帰還用素子の選択によりバイアス回路の動作の温
度特性を改善することもできる。

さらに分圧抵抗の調整によって帰還用トランジスタの電
流増幅率のばらつきに基づく増幅用トランジスタのコレ
クタ電流のばらつきを除去することができる。

なお上記の説明において増幅用トランジスタをｎｐｎ形
トランジスタ、帰還用トランジスタをｐ卵形トランジス
タとして説明したが、これらと逆の極性を有するトラン
ジスタであっても、上述の説明におけると逆極性の電源
を適用することによってそのまま置換しうろことは言う
までもない。

また帰還用トランジスタは単一のトランジスタに限定さ
れず、２個以上のトランジスタが複合されあるいは縦続
に接続されたものであってもよい。

本考案のバイアス回路はマイクロ波増幅におけるハイリ
ニアアンプ（Ｈｉｇｈ Ｌｉｎｅａｒ Ａｍｐ）用とし
て有用なものであるが、これ以外に通常の高周波・低周
波ないし直流に対するトランジスタ増幅器に用いて極め
て有効なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のバイアス回路の１例を示す原理図、第
２図は第１図のバイアス回路を用いた場合のコレクタ電
流と人出力の特性を示す図、第３図は本考案のバイアス
回路の１実施例を示す原理図、第４図は第３図のバイア
ス回路の実際使用状態を示す回路図、第５図ａないしＣ
は帰還用インピーダンスを示す図、第６図ないし第８図
は本考案のバイアス回路を使用した場合のコレクタ電流
と入出力の特性を示す図である。 ＴＲ１・・・・・・増幅用トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２・
・・・・・分圧抵抗、Ｒ３・・・・・・コレクタ抵抗、
Ｐｌ”’・・・入力端子、Ｐ２・・・・・・出力端子、
１・・・・・・入力端子、２，３・・・・・・分圧抵抗
、４・・・・・・帰還用トランジスタ、５・・・・・・
増幅用トランジスタ、６・・・・・・帰還用インピーダ
ンス、７・・・・・・コレクタ抵抗、８・・・・・・出
力端子、９・・・・・・入力整合回路、１０・・・・・
・ベース負荷、１１・・・・・・コレクタ負荷、１２・
・・・・・出力整合回路、１３．１４・・・・・・バイ
パスコンデンサ、２１゜２４・・・・・・抵抗、２２．
２３・・・・・・定電圧素子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. １．エミッタ接地形トランジスタ増幅器において、増幅
   用トランジスタのコレクタ負荷のコールドエンドと電源
   とを接続するコレクタ抵抗、電源と接地間に接続された
   ２個の直列抵抗からなる分圧抵抗、エミッタを前記増幅
   用トランジスタのコレクタ負荷のコールドエンドに接続
   され、ベースを前記分圧抵抗の中間接続点に接続され、
   コレクタを帰還用インピーダンスを経て前記増幅用トラ
   ンジスタのベース負荷のコールドエンドに接続された前
   記増幅用トランジスタと逆極性のトランジスタからなり
   、前記コレクタ負荷のコールドエンドと前記分圧抵抗の
   中間接続点との間の電圧変化に応じて前記増幅用トラン
   ジスタのベース電流を帰還用インピーダンスを介して制
   御する帰還用トランジスタとを具えたことを特徴とする
   トランジスタ増幅器のバイアス回路。 ２、前記帰還用インピーダンスが抵抗であることを特徴
   とする実用新案登録請求の範囲第１項記載のトランジス
   タ増幅器のバイアス回路。 ３、前記帰還用インピーダンスが定電圧素子であること
   を特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載のトラ
   ンジスタ増幅器のバイアス回路。 ４、前記帰還用インピーダンスが定電圧素子と抵抗の直
   列回路であることを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第１項記載のトランジスタ増幅器のバイアス回路。