JPS5841681B2 - トランジスタゾウフクテイバイソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は増幅逓倍装置、特にトランジスタを用いた増幅
逓倍装置に関するものである。

従来のトランジスタ増幅逓倍装置においては、トランジ
スタは４端子素子として使用され、入力信号が印加され
る電極と出力信号がとり出される電極が別であるため、
回路構成が複雑となり、構成上増幅逓倍の効率が悪く、
また特にマイクロ波帯では動作が困難かまたは不可能と
なるなどの欠点があった。

本発明の目的は、上記の欠点をなくすため、回路構成が
簡単で効率よく、特に４ＧＨｚ以上のマイクロ波帯でも
充分使用できるトランジスタ増幅逓倍装置を提供しよう
とするものである。

本発明のトランジスタ増幅逓倍装置は、増幅および逓倍
素子としてトランジスタを使用した増幅逓倍装置におい
て、電極間容量を利用するか電極間に容量を取り付ける
かによって負性抵抗を呈するようにしたトランジスタの
、コレクタまたはベースの一方に入力波および出力波を
分波する分波回路をとりつげた構成を有する装置である
。

本発明の増幅逓倍装置は、その増幅作用において、負性
抵抗特性を有するトランジスタをベースまたはコレクタ
の一方を接地し他方を分波回路に接続した２端子素子と
して使用するため、従来の４端子素子として使用される
ベース接地またはエミッタ接地増幅回路より利得が高く
且つ高周波で使用でき、また逓倍作用において、コレク
タ・ベース間非直線接合容量によるバラクタ作用を利用
し而も２端子素子としてベースとコレクタが並列に接続
されるため、増幅された入力信号は非直線容量接合に１
００％印加され且つ発生した高調波出力は１００％外部
に取出すことができる。

したがって本発明によれば極めて効率のよい増幅逓倍装
置が得られ、特に使用最高周波数ｆｃの充分高いトラン
ジスタを用いたとき、次数の高い高調波出力を得ること
ができるものである。

以下図面を参照して説明する。

第１図は従来のトランジスタ増幅逓倍装置の一実施例を
示す構成図である。

トランジスタ１はエミッタ接地増幅回路として動作し、
コンデンサ２は入力信号に対しエミッタを接地するため
のバイパスコンデンサであり、抵抗３，４、および５は
トランジスタの直流バイアス電圧を供給するためのバイ
アス抵抗である。

はじめに入力信号の増幅動作について述べれば、入力信
号は入力端子６に印加され、π型インピーダンス整合回
路７を経てトランジスタ１のベース電極に印加され、増
幅されてそのコレクタに現われる。

このコレクタ回路にはコンデンサとコイルを並列に組み
合わせて入力信号に共振するようにした入力信号並列共
振回路８および入力信号トラップ回路９があってそのイ
ンピーダンスは高く保たれており、増幅された入力信号
はトランジスタ１のコレクタとベースの間に全部が印加
されて先に進むことはない。

次に逓倍動作についていえば、トランジスタ１のコレク
タとベースは逆バイアス電圧の印加されたダイオードと
して動作しており、その接合容量がバラクタ・ダイオー
ドのように電圧に対し非直線的に変化する非直線容量で
あるので、前記のコレクタとベースの間に印加された増
幅された入力信号はその非直線容量によって周波数が逓
倍される。

この逓倍された高調波は入力信号トラップ回路９から出
力インピーダンス整合回路１０を通って出力端子１１に
取り出される。

この場合人力信号共振回路８０回路の入口にはインピー
ダンスが入力信号に対しては小さく逓倍された出力信号
に対しては大きいような出力信号阻止用コイル１２が配
置されていて、出力が出力端子６以外に流れるのを防止
したものである。

なお入力側に設けた出力信号直列共振回路１３は逓倍効
率を改善するためにトランジスタ１０ベース電極を出力
信号周波数において接地するようにしたものであるが、
これを設けた理由は周波数逓倍作用がトランジスタ１の
コレクタ・ベース間接合容量で行なわれるので、出力負
荷のインピーダンスとトランジスタ１のコレクタ・ベー
ス間インダクタンスがコレクタ電極と接地の間に並列に
入るようにしなげればならないことによるものである。

第１図の装置は以上のように増幅および逓倍を行なうも
のであるが、このような装置においては次に述べるよう
な問題が生じる。

すなわちひとつの問題は、ベース電極が入力回路となっ
ているのでベース電極を入力信号周波数で接地すること
ができず、したがってコレクタに現れる入力信号の増幅
された信号は、トランジスタ１のコレクタ・ベース間イ
ンピーダンスと入力信号回路インピーダンスで分圧され
た分だけ逓倍効率が低下することとなり、結局周波数逓
倍の動力源となる増幅された電力がコレクタ・ベース間
に１００％印加することかできないこと、またほかの問
題として、回路全体が複雑である上に、エミッタ接地回
路を使用していてリードのインダクタンスおよび電極間
容量などが大きくなるので、このような装置を高い周波
数特に数ＧＨｚ以上において用いることが困難となるこ
とである。

第２図は本発明によるトランジスタ増幅逓倍装置の動作
原理を説明するための図であって、トランジスタ１のコ
レクタ・エミッタ間およびエミッタ・ベース間には負性
抵抗を生じさせるための饋還容量となるコンデンサ１４
および１４′が接続されており、トランジスタの電極間
電圧とコンデンサの容量の大きさを適当にとることによ
ってトランジスタ１はたとえばガン・ダイオードのよう
に負性抵抗増幅器として動作するようになる。

なおコンデンサ１４および１４′は必ずしも外部からつ
げる必要はなく、特に数ＧＨｚ以上の高周波においては
電極間容量をそのまま利用してもよいものである。

入力端子６からの入力信号は入力信号のみを通し出力信
号は通さない低域ｆ波器１５を経てトランジスタ１０ベ
ースに達し、このベースとコレクタの間で前記の負性抵
抗特性によりベース電極における反射電圧振幅は入射波
振幅より大きく増幅されることとなる。

そしてこの増幅されたベース・コレクタ間電圧が両者間
の非直線接合容量によって高次の高調波を発生する。

そして発生した高調波のうちから希望するｎ次の高調波
を、出力信号は通すが入力信号は通さない高域沢波器１
６を通して出力端子１１から取り出すものである。

なお低域ｐ波器１５および高域Ｆ波器１６は相俟って分
波器を構成している。

以上のような本願の発明の装置においては、トランジス
タ１が２端子素子として動作し、ベース・コレクタが入
力および出力回路と並夕Ｉルて接続されているため、増
幅された電力が１００％ベース・コレクタ間に印加され
、全部が有効に周波数逓倍に利用される。

また回路全体が簡単になる上、エミッタ接地回路を使用
しないので、リードのインダクタンスや電極間容量が小
さく、装置を数ＧＨｚ以上の高い周波数の増幅逓倍に用
いることができる。

第３図は本発明を集中定数素子で構成する場合の一実施
例を示す図で、トランジスタ１には電極間容量１４およ
び１４′のほかにこのトランジスタの電極電圧を与える
ための抵抗１７，１８，１９が附加されており、入力端
子６からの入力信号はインピーダンス変成器２０によっ
て整合され、入力周波数に同調する直列共振回路（低域
ｆ波器）２１を経てトランジスタ１０ベースに達し、コ
レクタとの間で増幅逓倍される。

逓倍された高調波のうち使望のものは出力周波数に同調
する直列共振回路（高域沢波器）２２を通り、変成器２
３の変成比によりインピーダンス整合を行ない、出力端
子１１に取り出される。

この回路図をみれば明らかなように、第１図の従来例の
ような入力信号共振回路８および出力信号直列共振回路
１３などを必要とせず、而もトランジスタ１は２端子素
子として動作するので、前述のような極めて優れた特性
を示すものである。

第４図は本発明を分布定数素子で構成する場合の一実施
例を示すものであり、低域沢波器２４および高域沢波器
２５とも同軸共振器で構成されており、入力側のインピ
ーダンス整合は結合子２６および２７により行ない、出
力側のインピーダンス整合は結合子２８および２９によ
って行なう。

入力側のインピーダンス整合は、インピーダンス整合と
言うより増幅利得調整であり、結合素子３１および３２
を調整することにより増幅利得を調整する。

第４図の動作は第２図における説明と全く同じである。

すなわち入力端子６に加えられた入力信号は入力周波数
に共振している同軸共振器である低域ｆ波器２４を通過
し、トランジスタ１０ベースに印加される。

トランジスタ１は外部コンデンサを使用することなく、
トランジスタの電極間容量を饋還容量として利用し、ベ
ース・コレクタ間に負性抵抗が生ずるようになっている
ので、ベース電極に印加された入力信号はこの負性抵抗
により増幅される。

増幅された信号はトランジスタ１０ベースとコレクタの
間に印加されるので、トランジスタ１０ベース・コレク
タ間非直線接合容量により周波数逓倍され、高調波が発
生する。

出力に近く配置された同軸共振器である高域ｐ波器２５
は第ｎ高調波に共振するようにしであるので、発生した
高調波のうち、第ｎ高調波が出力として出力端子１１か
ら取り出される。

なお２４および２５で示すｐ波器は同軸型に限らず、円
筒型、インターディジット型、コームライン型等、他の
型でもよい。

なお第２図および第３図の場合も同様であるが、トラン
ジスタ１は若干性能は落ちるがコレクタ接地でなくベー
ス接地でもよい。

以上説明した如く、本発明によればトランジスタを２端
子素子として使用するため、増幅利得が従来方式に比し
高くとることができ、増幅された出力電力を周波数逓倍
作用をするトランジスタのベース・コレクタ間に１００
％印加することができ、有効に高調波電力に変換するこ
とができる。

また、本発明の装置は分波回路とトランジスタのみで構
成されているので、回路構成が簡単であり、またトラン
ジスタを２端子素子として使用しているので、トランジ
スタが負性抵抗を呈する周波数範囲内に出力波である第
ｎ高調波周波数がある場合は、この第ｎ高調波電力をも
増幅することが可能であり、入力信号増幅、周波数逓倍
、出力第ｎ高調波信号増幅の３機能をはたすので、効率
の良いトランジスタ増幅逓倍装置を、特に４ＧＨｚ以上
のマイクロ波帯で実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のトランジスタ増幅逓倍装置の１例を示す
構成図、第２図は本発明の動作原理を説明するための構
成図、第３図は本発明を集中定数素子で構成した１実施
例を示した図、第４図は本発明を分布定数素子で構成し
た１実施例を示した図である。 記号の説明：１はトランジスタ、７はπ型インピーダン
ス整合回路、８は入力信号並列共振回路、９は入力信号
トラップ回路、１０は出力インピーダンス整合回路、１
３は出力信号直列共振回路、１４および１４′は容量饋
還用キャパシタ、１５は低域沢波器、１６は高域を波器
を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 増幅および逓倍素子としてトランジスタを使用した
   トランジスタ増幅逓倍装置において、電極間容量を利用
   するか電極間に容量を取り付けるかによって負性抵抗を
   呈するようにしたトランジスタと、このトランジスタの
   コレクタまたはベースの一方に接続した入力波および出
   力波を分波する分波回路とを含み、前記トランジスタの
   コレクタ・ベース間の負性抵抗により増幅作用を行ない
   非直線接合容量により周波数逓倍作用を行なうようにし
   たトランジスタ増幅逓倍装置。