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技術 トランジスタ増幅器の過入力保護回路

出願人 埼玉日本電気株式会社
発明者 川島悦男
出願日 1995年12月19日 (23年9ヶ月経過) 出願番号 1995-330175
公開日 1997年6月30日 (22年2ヶ月経過) 公開番号 1997-172328
状態 特許登録済
技術分野 自動利得制御 増幅の制御の細部、利得制御回路 増幅器1 増幅器の制御の細部、利得制御 増幅器一般
主要キーワード 高周波増幅用トランジスタ コレクタ電源 減衰動作 初段トランジスタ トランジスタ増幅器 可変減衰回路 減衰制御 減衰手段
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年6月30日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

自己バイアスにより増幅動作するトランジスタ増幅器に過大信号が入力しないように保護する。

解決手段

過入力保護回路1の検波部12は、CMカプラ11の出力を検波して入力信号S1のレベルを示す検波電圧Vsを出力する。Vbe検出部13は、トランジスタTR1のベースエミッタ間電圧Vbeを検出する。可変減衰部14は、制御信号Csに応じて入力信号S1を減衰させる。制御部15は、ベース・エミッタ間電圧Vbeおよび検波電圧Vsに基づて可変減衰部14を制御する。すなわち、エミッタ・ベース間降伏電圧に基づいて予め設定された値以下にVbeが低下したときに減衰制御を開始し、その後、入力信号レベル所定値以下に低下したときに減衰制御を停止することにより、エミッタ・ベース間降伏電圧以上の過大信号がトランジスタに印加されないように制御する。

概要

背景

自己バイアスによって動作点が変化するトランジスタ増幅器回路例を図3に示す。ここで、エミッタ接地された高周波増幅用トランジスタTR1は、抵抗R1およびR2を介してコレクタ電源Vccからベースバイアス電圧を供給され、ベースに入力する信号を増幅する。

入力信号レベルが小さいときには、例えば図4(a)に示すように、トランジスタTR1のベース・エミッタ間電圧Vbeはほぼ一定に維持されてA級増幅動作を行う。入力信号レベルが増大したときには、図4(b)に示すように、ベース・エミッタ間のダイオード特性によって整流された電流によりVbeは低下するので、B級ないしC級増幅を行う。

例えば、トランジスタTR1のベース・エミッタ間電圧Vbeと信号レベルとの関係が、図5に示すようになっている場合、信号レベルが約0dBm以下であれば、Vbeは約0.7〔V〕に維持されて、図4(a)に示したようなA級増幅動作を行う。また、信号レベルが0dBmを超えて増大するにつれてVbeは低下する。そして、信号レベルが10dBmになったとき、Vbeは約0.4〔V〕まで低下し、図4(b)に示したように、信号のピークがエミッタ・ベース間降伏電圧Veboに達する状態で増幅動作を行う。

概要

自己バイアスにより増幅動作するトランジスタ増幅器に過大信号が入力しないように保護する。

過入力保護回路1の検波部12は、CMカプラ11の出力を検波して入力信号S1のレベルを示す検波電圧Vsを出力する。Vbe検出部13は、トランジスタTR1のベース・エミッタ間電圧Vbeを検出する。可変減衰部14は、制御信号Csに応じて入力信号S1を減衰させる。制御部15は、ベース・エミッタ間電圧Vbeおよび検波電圧Vsに基づて可変減衰部14を制御する。すなわち、エミッタ・ベース間降伏電圧に基づいて予め設定された値以下にVbeが低下したときに減衰制御を開始し、その後、入力信号レベルが所定値以下に低下したときに減衰制御を停止することにより、エミッタ・ベース間降伏電圧以上の過大信号がトランジスタに印加されないように制御する。

目的

本発明の目的は、自己バイアスによって増幅動作するトランジスタ増幅器に過大信号が入力しないように保護し、トランジスタ増幅器の信頼性を向上できる過入力保護回路を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

自己バイアスによって動作点が変化するトランジスタ増幅器初段トランジスタを過入力から保護する過入力保護回路において、入力信号のレベルを検出する信号レベル検出手段と、前記初段トランジスタの入力側に設けられて前記入力信号減衰させる可変減衰手段と、前記初段トランジスタのベースエミッタ間電圧Vbeを検出するVbe検出手段と、前記信号レベル検出手段の出力および前記Vbe検出手段の出力に基づいて前記可変減衰手段の減衰量を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記初段トランジスタのエミッタ・ベース間降伏電圧に基づいて予め設定された値以下に前記ベース・エミッタ間電圧Vbeが低下したときに前記可変減衰手段の減衰制御を開始し、その後は前記入力信号レベルに応じて前記減衰制御を行うと共に前記入力信号レベルが所定値以下に低下したときに前記減衰制御を停止することを特徴とするトランジスタ増幅器の過入力保護回路。

請求項2

前記可変減衰手段は、大信号を歪なく減衰させる固定減衰回路と、印加電圧に応じて減衰量を可変する可変減衰回路とを有することを特徴とする請求項1記載のトランジスタ増幅器の過入力保護回路。

技術分野

0001

本発明はトランジスタ増幅器過入力保護回路に関し、特に自己バイアスによって動作点が変化するトランジスタ増幅器を過入力から保護する過入力保護回路に関する。

背景技術

0002

自己バイアスによって動作点が変化するトランジスタ増幅器の回路例を図3に示す。ここで、エミッタ接地された高周波増幅用トランジスタTR1は、抵抗R1およびR2を介してコレクタ電源Vccからベースバイアス電圧を供給され、ベースに入力する信号を増幅する。

0003

入力信号レベルが小さいときには、例えば図4(a)に示すように、トランジスタTR1のベース・エミッタ間電圧Vbeはほぼ一定に維持されてA級増幅動作を行う。入力信号レベルが増大したときには、図4(b)に示すように、ベース・エミッタ間のダイオード特性によって整流された電流によりVbeは低下するので、B級ないしC級増幅を行う。

0004

例えば、トランジスタTR1のベース・エミッタ間電圧Vbeと信号レベルとの関係が、図5に示すようになっている場合、信号レベルが約0dBm以下であれば、Vbeは約0.7〔V〕に維持されて、図4(a)に示したようなA級増幅動作を行う。また、信号レベルが0dBmを超えて増大するにつれてVbeは低下する。そして、信号レベルが10dBmになったとき、Vbeは約0.4〔V〕まで低下し、図4(b)に示したように、信号のピークがエミッタ・ベース間降伏電圧Veboに達する状態で増幅動作を行う。

発明が解決しようとする課題

0005

上述したように、自己バイアスによって動作点が変化するトランジスタ増幅器では、入力信号レベルが増大したとき、Vbeが低下してB級ないしC級の増幅動作を行う。しかし、信号のピークがエミッタ・ベース間降伏電圧Veboに達するような状態で長時間動作した場合には、経時、経年的にトランジスタの特性が劣化し、電流増幅率hfeの低下によってブレークダウン現象が発生し、トランジスタ増幅器の出力が低下するという問題点を有している。

0006

本発明の目的は、自己バイアスによって増幅動作するトランジスタ増幅器に過大信号が入力しないように保護し、トランジスタ増幅器の信頼性を向上できる過入力保護回路を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明のトランジスタ増幅器の過入力保護回路は、トランジスタ増幅器の初段トランジスタの入力側に可変減衰器を設け、トランジスタのベース・エミッタ間電圧Vbeおよび入力信号レベルをそれぞれ検出し、エミッタ・ベース間降伏電圧に基づいて予め設定された値以下にVbeが低下したときに可変減衰器の減衰制御を開始し、その後、入力信号レベルが所定値以下に低下したときに可変減衰器の減衰制御を停止する。また、可変減衰器は、大信号を歪なく減衰させる固定減衰回路および印加電圧に応じて減衰量可変する可変減衰回路とにより構成する。

発明を実施するための最良の形態

0008

次に本発明について図面を参照して説明する。

0009

図1は本発明の一実施形態を示すブロック図である。ここで、トランジスタ増幅器2は、図3に示したものと同じ構成であり、このトランジスタ増幅器2の入力側には過入力保護回路1を設けている。

0010

過入力保護回路1は、入力信号S1を抽出するためのCMカプラ11と、このCMカプラ11の出力を検波して入力信号レベルを示す検波電圧Vsを出力する検波部12と、トランジスタ増幅器2の初段高周波増幅用トジスタTR1のベース・エミッタ間電圧Vbeを検出するVbe検出部13と、制御信号Csに応じて入力信号S1を減衰させる可変減衰部14と、ベース・エミッタ間電圧Vbeおよび検波電圧Vsに基づて制御信号Csを生成し可変減衰部14を制御する制御部15とを備えている。

0011

なお、CMカプラ11はストリップラインによって形成されており、入力信号S1を伝達するストリップラインに平行して、一方端に終端抵抗を有する結合用のストリップラインを配設し、CM結合により入力信号S1の一部を抽出する。

0012

次に過入力保護回路1の動作について説明する。

0013

ここでは、トランジスタ増幅器のトランジスタTR1のベース・エミッタ間電圧Vbeが、図5に示したように変化するものとし、また、エミッタ・ベース間降伏電圧Vebo以上の信号が印加されないようにするために、Vbeが0.6〔V〕以下に低下しないように、すなわち信号S2のレベルが5dBm以上にならないように制御することとする。

0014

更に、入力信号S1のレベルが、図2(a)に示すように、動作開始後のt1〜t3まで順次増大し、t3で10dBmのピークに達した後、t3〜t5に順次減少するものとする。すなわち、検波電圧Vsが、t1,t5のときにv0(0dBm)となり、t2,t4のときにv1(信号S1のレベル5dBm)となり、t2からt4までの期間ではv1以上(5dBm以上)になるものとする。

0015

ところで、トランジスタTR1のベース・エミッタ間電圧Vbeは、図5に示したように、トランジスタTR1に入力する信号S2のレベルが0dBmを超えてくると低下するので、Vbeの低下を監視することにより信号レベルが過大になっていることを検知できる。制御部15は、検波部12からの検波電圧VsおよびVbe検出部13からのベース・エミッタ間電圧Vbeに応じて可変減衰部14の減衰量を制御し、エミッタ・ベース間降伏電圧Vebo以上の信号がトランジスタTR1に印加されないように制御する。なお、動作開始時における可変減衰部14の減衰量は0dBに設定する。

0016

さて、動作開始時における可変減衰部14の減衰量は0dBであるので、動作開始当初においてトランジスタTR1の信号S2は、図2(b)に示すように、入力信号S1と同様に順次増大する。信号S2が0dBmを超えると、トランジスタ増幅器のトランジスタTR1のベース・エミッタ間電圧Vbeは、図2(c)に示すように、0.7〔V〕から低下していく。そして、信号S2のレベルが5dBmになったとき(時点t2)、Vbeは0.6〔V〕まで低下する。

0017

制御部15は、Vbeが0.6〔V〕まで低下したときに可変減衰部14の減衰制御を開始し、検波部12からの検波電圧Vsに応じて制御信号Csを送出して、図2(d)に示すように、減衰量を制御する。

0018

ところで、可変減衰部14は、大信号を歪なく減衰させる抵抗素子を使用した固定減衰回路と、印加電圧に応じて減衰量を可変できる半導体素子を使用した可変減衰回路とを有しており、固定減衰回路により減衰させた後に可変減衰回路により減衰させる。例えば、固定減衰回路の減衰量は5dBとし、可変減衰回路の減衰量は0〜15dBとし、減衰動作停止時は、固定減衰回路をバイパスさせて全体の減衰量を0dBとし、減衰動作時は、固定減衰回路の減衰量5dBおよび可変減衰回路の減衰量0〜15dBとすることにより、全体の減衰量は5〜20dBが可能になる。このように構成することにより、固定減衰回路により大信号を減衰された後に可変減衰回路において低レベルの信号を減衰させることとなるので、大信号を歪なく減衰させることができる。

0019

さて、時点t2において、制御部15が可変減衰部14の減衰制御を開始したことにより、トランジスタTR1へ入力する信号S2のレベルは、図2(b)に示したように、5dBmから0dBmへ急減し、その後0dBmに維持される。これにより、トランジスタTR1のベース・エミッタ間電圧Vbeは、図2(c)に示すように、0.6〔V〕から0.7〔V〕へ復帰し維持される。

0020

その後、入力信号S1のレベルが5dBmまで低下したとき、すなわち、検波電圧Vsがv1まで低下したとき(時点t4)、制御部15は、可変減衰部14の減衰制御を停止し、図2(d)に示すように、減衰量を0dBとする。このとき、図2(b),(c)に示したように、トランジスタTR1に入力する信号S2のレベルが一時的に急増し、Vbeは0.6〔V〕に急激に低下するが、入力信号S1のレベルは0dBmに順次低下(時点t5)していくので、Vbeは0.7〔V〕に回復する。

0021

このようにして、エミッタ・ベース間降伏電圧Vebo以上の過大信号がトランジスタTR1に印加されないように制御できる。

0022

なお、可変減衰部14は、大信号を歪なく減衰させる半導体素子を使用した可変減衰回路だけで構成してよい。

発明の効果

0023

以上説明したように本発明によれば、トランジスタ増幅器の初段トランジスタの入力側に可変減衰器を設け、トランジスタのベース・エミッタ間電圧Vbeおよび入力信号レベルをそれぞれ検出し、エミッタ・ベース間降伏電圧に基づいて予め設定された値以下にVbeが低下したときに可変減衰器の減衰制御を開始し、その後、入力信号レベルが所定値以下に低下したときに可変減衰器の減衰制御を停止することにより、エミッタ・ベース間降伏電圧以上の過大信号が初段トランジスタに印加されないように制御でき、トランジスタ増幅器の特性劣化を防止して信頼性を向上できる。

0024

また、可変減衰器を、大信号を歪なく減衰させる固定減衰回路および印加電圧に応じて減衰量を可変する可変減衰回路とにより構成することにより、大信号を歪なく可変減衰できる。

図面の簡単な説明

0025

図1本発明の一実施形態を示すブロック図である。
図2図1に示した過入力保護回路1の動作を説明するための図である。
図3自己バイアスによって増幅動作するトランジスタ増幅器の一例を示す回路図である。
図4図3に示したトランジスタの増幅動作を示す図である。
図5図3に示したトランジスタのベース・エミッタ間電圧Vbeと信号レベルとの関係を示す図である。

--

0026

1過入力保護回路
2トランジスタ増幅器
11 CMカプラ
12検波部
13 Vbe検出部
14可変減衰部
15 制御部
S1入力信号
TR1トランジスタ
Vbeベース・エミッタ間電圧
Vs 検波電圧

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