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技術 広帯域化増幅器

出願人 小島伸哉
発明者 小島伸哉占英
出願日 2001年5月31日 (19年8ヶ月経過) 出願番号 2001-204052
公開日 2002年12月13日 (18年2ヶ月経過) 公開番号 2002-359527
状態 未査定
技術分野 温度補償、電源電圧補償、歪補償、帰還 増幅器1 増幅器2 増幅器一般
主要キーワード フィードバックインピーダンス 下降特性 電圧増幅用 拡散キャパシタンス 広帯域増幅回路 帯域幅積 電圧増幅率 負荷インダクタ
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年12月13日)のものです。
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図面 (8)

課題

今後の情報化社会の充全な発達を可能とするために従来にない格段の高速ディジタルパルス伝送を可能とする広帯域化増幅器を提供する。

解決手段

広帯域化増幅器を提供するために,該広帯域化増幅器を構成する順方向増幅部に用いるアクティブ素子コレクタあるいはドレイン端子ベースあるいはゲート間に接続するフィードバック回路抵抗インダクタンス直列接続を用いて構成し,従来にない格段の広帯域化を図る。

概要

背景

従来,広帯域増幅回路の実用例は数多くある。しかしその帯域幅は10GHz程度である。これは増幅回路に用いる増幅用アクティブ素子単体増幅率周波数が高くなるに従い小さくなってしまうためである。今後はこの帯域幅の制約突破して広帯域性を実現し,高速ディジタルパルス伝送を可能にし情報化社会の充全な発達を可能としなければならない。

概要

今後の情報化社会の充全な発達を可能とするために従来にない格段の高速ディジタルパルスの伝送を可能とする広帯域化増幅器を提供する。

広帯域化増幅器を提供するために,該広帯域化増幅器を構成する順方向増幅部に用いるアクティブ素子のコレクタあるいはドレイン端子ベースあるいはゲート間に接続するフィードバック回路抵抗インダクタンス直列接続を用いて構成し,従来にない格段の広帯域化を図る。

目的

従来の増幅器の帯域幅は10GHz程度であるので,更に帯域幅を拡大し,高速ディジタルパルスの伝送を可能として,今後の情報化社会の充全な発達を可能とする必要がある。本発明の課題はこのための広帯域増幅器の実現を可能とすることである。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

端を直接,またはインダクタンスあるいは抵抗,あるいはインダクタンスと抵抗の直列接続を介して接続し,この他端は該増幅用アクティブ素子入力端子,例えばベースあるいはゲートに直接,あるいはカップリングコンデンサあるいはストリップラインを介して接続し,この抵抗とインダクタンスの直列回路よりなるフィードバック回路により,広帯域化を図ったことを特徴とする広帯域化増幅器

技術分野

0001

本発明は,高周波信号を受信して,この電気信号増幅して広帯域信号を出力させる増幅器に関するものである。

背景技術

0002

従来,広帯域増幅回路の実用例は数多くある。しかしその帯域幅は10GHz程度である。これは増幅回路に用いる増幅用アクティブ素子単体増幅率周波数が高くなるに従い小さくなってしまうためである。今後はこの帯域幅の制約突破して広帯域性を実現し,高速ディジタルパルス伝送を可能にし情報化社会の充全な発達を可能としなければならない。

発明が解決しようとする課題

0003

従来の増幅器の帯域幅は10GHz程度であるので,更に帯域幅を拡大し,高速ディジタルパルスの伝送を可能として,今後の情報化社会の充全な発達を可能とする必要がある。本発明の課題はこのための広帯域増幅器の実現を可能とすることである。

0004

本発明の増幅器は複数の順方向増幅部を用いて構成するが,該順方向増幅部に用いるアクティブ素子の増幅率は周波数が大となるに従い小となるので該アクティブ素子の増幅率を抵抗インダクタンス直列回路を用いたフィードバック回路を用いて等化して該順方向増幅部の増幅特性高周波部分の利得を大として従来にない格段の広帯域化,即ち25GHzの広帯域化を達成したものである。

0005

は増幅器の一般的構成である。各順方向増幅部A1,A2などが従属接続されて増幅器が構成される。R0は発振器OSCの内部抵抗,ZLは負荷インピーダンス,v0は出力電圧である。

0006

1はバイポーラトランジスタを示す。Cはバイポーラトランジスタの出力端子を示す。i3は負荷抵抗RLと負荷インダクタンスLLを流れる電流である。RF1はフィードバック回路を構成する抵抗,LF1はフィードバック回路を構成するインダクタンス,CCは直流カットし,交流のみを通すカップリングコンデンサ,i2はこのフィードバック回路を流れる電流である。RE1はバイポーラトランジスタ1の直列帰還用抵抗である。このバイポーラトランジスタ1は周知のように容易に電界効果トランジスタFETに置き換えられる。

0007

でrbeはバイポーラトランジスタ1のベース側からエミッタをみた抵抗である。βはトランジスタ1の電流増幅率である。ダイナミックなベース−エミッタ間抵抗rbeはrbe=βre=βUT/ICである。UTは熱電圧であり,Ur=kT/qである。kはボルツマン定数,qは電子電荷,Tは絶対温度である。ここで電流増幅率β

0008

はβの絶対値,即ち|β|の周波数特性である。周波数が大となるとβの大きさが減少する。これが広帯域性が得られない理由である。このβの下降特性はバイポーラトランジスタ1のベース−エミッタ間の拡散キャパシタンスによって惹起されるものである。

0009

電圧増幅率A1の広帯域性を劣化させる制約要因はβである。そこで本発明ではフィードバックインピーダンスZF1を誘導性にして,βZF1を広帯域化して,従来の劣化要因を除去したものである。従来のフィードバック回路には

0010

は20log|A1|を求めたものである。

0011

はもうひとつの実施例である。フィードバック回路を構成する抵抗RF1とインダクタンスLF1の直列接続回路の1端をバイポーラトランジスタのコレクタにインダクタンスL′Lまたは抵抗,あるいはインダクタンスと抵抗の直列接続を介して接続し,該直列接続回路の他端は直接,あるいはカップリングコンデンサCCあるいはストリップラインを介してバイポーラトランジスタのベースに接続する。ストリップラインは該直列直接回路位相補正のためである。

0012

発明の効果

0013

以上説明したように本発明は従来の増幅器の上限周波数10GHzを突破して20〜25GHzまでの広帯域化を達成したものであり,従来に較べて格段の高速ディジタルパルスの伝送を可能としたものであり,今後の情報化社会の充全な発達を可能としたものであり,その効果は非常に大きい。従来の上限周波数10[GHz]はトランスバーサル等化器など複雑な回路を用いて実現している。

0014

高周波信号を受信して,この電気信号を増幅して広帯域信号を出力させる増幅器において,この電気信号を増幅するために複数の順方向増幅部を用いて増幅器を構成し,該順方向増幅部には増幅用アクティブ素子を用い,該増幅用アクティブ素子にはバイポーラトランジスタ又は電界効果トランジスタを用い,該増幅用アクティブ素子の出力端子,例えばコレクタあるいはドレインには,抵抗とインダクタンスの直列回路の1端を直接,あるいはインダクタンスまたは抵抗,あるいはインダクタンスと抵抗の直列接続を介して接続し,この他端はカップリングコンデンサを介してあるいは直接,該増幅用アクティブ素子の入力端子,例えばベースあるいはゲートに接続して,即ちフィードバック回路を接続して,この抵抗とインダクタンスの直列回路よりなるフィードバック回路により,広帯域化を図ったことを特徴とする広帯域化増幅器。

0015

図面の簡単な説明

0016

図1順方向増幅部を縦続接続した増幅器。
図2本発明の広帯域化増幅回路の一実施例。
図3
図2小信号等価回路
図4
図2のバイポーラトランジスタ1の電流増幅率の大きさの周波数特性。
図5
図2および
図3の本発明の増幅回路の増幅率A1の大きさと,従来の,インダクタンスLF1を用いない増幅回路のA1の大きさの周波数特性。
図6本発明の広帯域化増幅回路の一実施例。
図7
図6の電流増幅率の大きさの周波数特性。
0016

--

0017

A1,A2はそれぞれ増幅器を構成する順方向増幅部,1はアクティブ素子を示すバイポーラトランジスタ,OSCは発振器,R0は発振器の内部抵抗,RF1,LF1はそれぞれフィードバック回路を構成する抵抗およびインダクタンス,CCはカップリングコンデンサ,Vb1は入力電圧,RE1は直列帰還用抵抗,i1はバイポーラトランジスタのベースを流れる電流,i2はフィードバック回路を流れる電流,i3は負荷インピーダンス(RL+jωLL)を流れる電流,VC1は出力電圧,Cは出力端子,RL,LLはそれぞれ負荷インピーダンスを構成する抵抗とインクダンス,rbeはバイポーラトランジスタ1のベース−エミッタ間のベース側からみた抵抗,βはバイポーラトランジスタ1の電流増幅率,ZF1はフィードバック回路のインピーダンス,|β|はβの大きさ,fTはバイポーラトランジスタ1の利得・帯域幅積,|A1|は
および
あるいは
の回路の増幅率の大きさ,β0は低周波部のバイポーラトランジスタ1の電流増幅率,fβは3dBカットオフ周波数,Zinは
のベース−アース間入力インピーダンスである。+VCはバイポーラトランジスタ1のコレクタの正のバイアス電圧,RCとLCは電圧増幅用抵抗とインダクタンス,L′Lはインダクタンス,V0は出力電圧である。
ID=000004HE=085 WI=076 LX=1120 LY=0500

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