(57)【要約】【課題】  従来、送信電力増幅用パワーアンプのバイアス回路の制御電圧が上昇すると、パワーアンプの回路電流が増加するため、回路の発熱が大きくなり、パワーアンプが熱暴走する問題がある。【解決手段】  本発明のバイアス回路は、制御電圧入力端子から電流制限抵抗を介して接地電位との間に接続される電圧安定部と、前記電流制限抵抗と電圧安定部の間のノードと抵抗を介しベースが接続されるバイアス供給用エミッタフォロワと、前記バイアス供給用エミッタフォロワのベースとエミッタの間に接続される前記電流制限部とを有している。これにより、バイアス回路の制御電圧が上昇した場合にバイアス電流を減少させる。よって、制御電圧の上昇による増幅用トランジスタの熱暴走を防ぐことができる。【選択図】図１
2006191358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御電圧入力端子から電流制限抵抗を介して接地電位との間に接続される電圧安定部と、
前記電流制限抵抗と電圧安定部の間のノードと抵抗を介しベースが接続されるバイアス供給用エミッタフォロワと、
前記バイアス供給用エミッタフォロワのベースとエミッタの間に接続される前記電流制限部とを有するバイアス回路。
【請求項２】
前記電流制限部によって、前記バイアス供給用エミッタフォロワのベース−エミッタ間電圧が設定されることを特徴とする請求項１記載のバイアス回路。
【請求項３】
前記電流制限部は前記制御電圧入力端子に入力される電圧値によって電流値が変化する電流源と、
前記バイアス供給用エミッタフォロワのベースと前記電流源の間に接続され、ベースとコレクタが短絡されたトランジスタと、
前記トランジスタと前記電流源の間のノードと前記バイアス供給用エミッタフォロワのエミッタ端子との間に接続される抵抗を有していることを特徴とする請求項１及び２記載のバイアス回路。
【請求項４】
前記電圧安定部に流れる電流と前記電流制限部の電流源に流れる電流は実質的に同じであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバイアス回路。
【請求項５】
前記電圧安定部で発生する電圧値は、前記バイアス回路に接続される電力増幅用トランジスタの閾値電圧と前記バイアス供給用エミッタフォロワの閾値電圧に基づいて設定されることを特徴とする請求項１記載のバイアス回路。
【請求項６】
前記電圧安定部で発生する電圧値の温度特性は、前記バイアス回路に接続される電力増幅用トランジスタの閾値電圧の温度特性と前記バイアス供給用エミッタフォロワの閾値電圧の温度特性に基づいて設定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバイアス回路。
【請求項７】
前記バイアス回路は電力増幅用トランジスタの入力端子に接続されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のバイアス回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイアス回路に関し、特にヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いた高周波増幅器に用いられるバイアス回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の無線通信機器にはインターネット接続や画像転送の機能が搭載されており、大容量データの高速転送の要求が高まっている。携帯電話等で用いられる送信電力増幅用パワーアンプにはヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊａｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられている。この送信電力増幅用パワーアンプにはデジタルデータの低誤り率、高電力効率、制御電圧変動に対する安定性、温度変動に対する安定性などの性能が求められる。この性能の中で制御電圧変動に対する安定性と温度変動に対する安定性を向上させるためにバイアス回路を半導体基板上に形成することが一般的に行われている。このバイアス回路の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に示されているバイアス回路を図４に示す。
【０００３】
しかしながら、特許文献１のバイアス回路によっても、温度保証用トランジスタＱ４４、Ｑ４５のエミッタサイズとバイアス供給用トランジスタＱ４２と増幅用トランジスタＱ４１のエミッタサイズが異なるために、十分な温度変動に対する安定性を得られない問題がある。また、制御電圧が上昇するとバイアス回路から増幅用トランジスタＱ４１のベースに供給する電流が増加するため、その電流により増幅用トランジスタＱ４１のコレクタ電流が増え、増幅用トランジスタＱ４１発熱が大きくなる。その結果、増幅用トランジスタが熱暴走する可能性があるという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−９５５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、送信電力増幅用パワーアンプのバイアス回路の制御電圧が上昇すると、パワーアンプの回路電流が増加するため、回路の発熱が大きくなり、パワーアンプが熱暴走する問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のバイアス回路は、制御電圧入力端子から電流制限抵抗を介して接地電位との間に接続される電圧安定部と、前記電流制限抵抗と電圧安定部の間のノードと抵抗を介しベースが接続されるバイアス供給用エミッタフォロワと、前記バイアス供給用エミッタフォロワのベースとエミッタの間に接続される前記電流制限部とを有している。これにより、バイアス回路の制御電圧が上昇した場合にバイアス電流を減少させる。よって、制御電圧の上昇による増幅用トランジスタの熱暴走を防ぐことができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のバイアス回路によれば、増幅用トランジスタの熱暴走を防止でき、制御電圧変動と温度変動に対するバイアス電圧の安定性の向上が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１
【０００８】
実施の形態１のバイアス回路及び送信電力増幅用パワーアンプの回路図を図１に示す。バイアス回路は制御電圧入力端子１０１、電流制限抵抗Ｒ１、電圧安定部１１１、抵抗Ｒ２、電流制限部１１２、バイアス供給用エミッタフォロワＱ１２、バイアス抵抗Ｒ４を有している。
【０００９】
電圧安定部１１１はトランジスタＱ１５、Ｑ１６を有している。また、電流制限部１１２は抵抗Ｒ３、トランジスタＱ１３，Ｑ１４を有している。
【００１０】
バイアス回路の構成要素の接続について説明する。まず、制御電圧入力端子１０１が電流制限抵抗Ｒ１の一端に接続される。電流制限抵抗Ｒ１の他の一端は電圧安定部１１１の第１のトランジスタＱ１５のコレクタに接続される。第１のトランジスタＱ１５はベースとコレクタが接続されており、エミッタは第２のトランジスタＱ１６のコレクタに接続されている。第２のトランジスタＱ１６はベースとコレクタが接続されており、エミッタは接地電位に接続されている。また、第２のトランジスタＱ１６のベースは電流制限部のトランジスタＱ１３のベースに接続されている。
【００１１】
トランジスタＱ１３のエミッタは接地電位に接続されており、コレクタは抵抗Ｒ３の一端に接続されている。抵抗Ｒ３の他の一端はバイアス供給用エミッタフォロワＱ１２のエミッタに接続されている。抵抗Ｒ３とエミッタフォロワＱ１２の間のノード（Ｂｉａｓ  ＯＵＴ）はバイアス抵抗Ｒ４を介して増幅用トランジスタＱ１１のベース端子に接続されている。また、バイアス供給用エミッタフォロワＱ１２のコレクタは電源電位１０２に接続されている。
【００１２】
トランジスタＱ１４はベースとコレクタが接続されており、そのコレクタはバイアス供給用エミッタフォロワＱ１２のベースに接続されている。また、トランジスタＱ１４のエミッタは抵抗Ｒ３とトランジスタＱ１３の間のノードに接続されている。
【００１３】
抵抗Ｒ２は一端が電流制限抵抗Ｒ１とトランジスタＱ１５の間のノードに接続されており、他の一端がエミッタフォロワＱ１２のベースに接続されている。
【００１４】
送信電力増幅用パワーアンプは増幅用トランジスタＱ１１である。増幅用トランジスタＱ１１のエミッタは接地電位に接続されている。ベースは図示していない整合回路に接続されており、この整合回路を介して入力信号が与えられる。コレクタは、例えばコイル（不図示）を介して電源電位に接続されており、さらに整合回路に接続される。
【００１５】
実施の形態１のバイアス回路の動作について説明する。まず、一般的にバイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間に流れる電流Ｉｃはバイポーラトランジスタのベースに印加するベース電流Ｉｂに基づいて決定される。この電流Ｉｃは一定のベース電流が印加されている場合、エミッタ−コレクタ間の電圧差が大きいほどより多く流れる特性を有している。
【００１６】
制御電圧入力端子に所定の電圧Ｖｃｔｒｌ（例えば２．８５Ｖ）が入力されると、第１のトランジスタＱ１５のベース−エミッタ間の電圧（ＶＢＥ電圧）と第２のトランジスタＱ１６のＶＢＥ電圧を足し合わせた電圧が電流制限抵抗Ｒ１の第２のトランジスタＱ１６側の端子に発生する。つまり、第１のトランジスタＱ１５と第２のトランジスタＱ１６が同じものの場合、この電圧は２ＶＢＥとなる。電流制限抵抗Ｒ１にはＶｃｔｒｌから２ＶＢＥを引いた値をＲ１の値で割った値の電流Ｉ１が流れる。このＩ１は電流制限部１１２側に流れる電流Ｉ２と電圧安定部側に流れる電流Ｉ３に分かれる。電流Ｉ２は抵抗Ｒ２を介してバイアス供給用エミッタフォロワＱ１２のベースに流れる電流Ｉ４とトランジスタＱ１４に流れる電流Ｉ５に分かれる。この時、バイアス供給用エミッタフォロワＱ１２のベースのインピーダンスはトランジスタＱ１４からトランジスタＱ１３のインピーダンスよりはるかに高いため、電流Ｉ２の大半は電流Ｉ５としてトランジスタＱ１４に流れ込む。よって、電流Ｉ４は微小な電流となる。
【００１７】
また、トランジスタＱ１３とトランジスタＱ１６はカレントミラーを構成している。よって、トランジスタＱ１３のコレクタ電流Ｉ６と電流Ｉ３は実質的に同じ電流量となる。また、電流Ｉ６はバイアス供給用エミッタフォロワＱ１２のコレクタ−エミッタ間電流Ｉｃからバイアス電流Ｉｂｉａｓを引いた電流Ｉ７と前述の電流Ｉ５を足し合わせた電流と等しい。つまり、Ｉ６＝Ｉ５＋Ｉ７である。
【００１８】
電流Ｉ２が流れる系のインピーダンスと電流Ｉ３が流れる系のインピーダンスは抵抗Ｒ２の抵抗値分程度の差であるため、電流Ｉ２と電流Ｉ３はほぼ同じ程度の電流値である。また上述した説明から、電流Ｉ６は電流Ｉ３と同じ電流量であり、電流Ｉ５は電流Ｉ２より若干少ないことが分かる。よって電流Ｉ６と電流Ｉ５の差は小さく、電流Ｉ７はその差を補う程度の微小な電流である。
【００１９】
このことより電流制限抵抗Ｒ１、電圧安定部１１１、電流制限部１１２によって決まるバイアス供給用エミッタフォロワＱ１２の電流Ｉｃの大半はバイアス電流Ｉｂｉａｓとして増幅用トランジスタＱ１１のベースに供給される。
【００２０】
また、抵抗Ｒ３と電流Ｉ７の積より求まる電圧Ｖｒ３とトランジスタＱ１４のＶＢＥ電圧を足し合わせた値により、バイアス供給用エミッタフォロワＱ１２のベース−エミッタ間電圧が設定される。この設定された電圧によってバイアス供給用エミッタフォロワＱ１２の活性度が決まる。
【００２１】
次に制御電圧Ｖｃｔｒｌが少しだけ（０．１Ｖ程度）上昇した場合について説明する。制御電圧の上昇に伴って、電流制限抵抗Ｒ１の両端の電圧差は大きくなるため電流Ｉ１は増加する。電流Ｉ１が増加するのに基づいて電流Ｉ２、Ｉ３、Ｉ６も増加する。この時、電流Ｉ２の増加に伴いバイアス供給用エミッタフォロワＱ１２のベースに流れ込む電流Ｉ４が増加すると、電流Ｉｃが増加する。電流Ｉｃが増加すると電流Ｉｂｉａｓ及び電流Ｉ７も増加する。電流Ｉ７が増加すると電圧Ｖｒ３が大きくなる。この時、トランジスタＱ１４のＶＢＥ電圧はほとんど変化しないため、バイアス供給用エミッタフォロワＱ１２のベース電圧は下がり、バイアス供給用エミッタフォロワＱ１２のＶＢＥ電圧が小さくなる。この結果、バイアス供給用エミッタフォロワＱ１２の活性度が低下するため、電流Ｉｃが減少する。このような動作により、増加した電流に基づいて所定の電流Ｉｃとなるところで回路動作は安定する。電流制限部ではバイアス供給用エミッタフォロワＱ１２、抵抗Ｒ３、トランジスタＱ１４の作用によりトランジスタＱ１１のベースに供給する電流Ｉｂｉａｓの変動を抑制している。この時、電流制限部では制御電圧の上昇に基づいて増加した電流Ｉ２はトランジスタＱ１４を介してバイパスされている。
【００２２】
制御電圧Ｖｃｔｒｌが大きく（０．７Ｖ程度）上昇した場合について説明する。制御電圧の上昇に伴って、電流制限抵抗Ｒ１の両端の電圧差は前述の場合より大きくなるため、電流Ｉ１の増加量も大きくなる。この電流Ｉ１の増加に基づいて電流Ｉ２、Ｉ３、Ｉ６も増加する。この時、電流Ｉ２の増加分をトランジスタＱ１４に流れる電流Ｉ５としてバイパスする。しかし、電流Ｉ６の増加分が電流Ｉ５の増加分より大きくなり、２つの電流の差が大きくなる。このことより、電流Ｉ７が増加するため、電流Ｉ７と抵抗Ｒ３の積からもとまる電圧Ｖｒ３は大きくなる。電圧Ｖｒ３が大きくなると、バイアス供給用エミッタフォロワＱ１２のベース電圧が降下し、エミッタフォロワＱ１２のＶＢＥ電圧が小さくなるため、エミッタフォロワＱ１２の活性度が低下してオフ状態に近づく。つまり、増幅用トランジスタＱ１１のベースへの電流供給量はゼロに漸近していく。
【００２３】
制御電圧が変動した場合の増幅用トランジスタのコレクタ電流の変化のグラフを図２に示す。増幅用トランジスタのコレクタ電流の変化は、バイアス回路から増幅用トランジスタへ供給されるバイアス電流を増幅した電流値として見ることができる。図２より、実際に使用する制御電圧（２．８５Ｖ±０．１Ｖ）の範囲でバイアス回路のバイアス電流値の変動が小さいことがわかる。
【００２４】
また、制御電圧が所定の電圧（２．８５Ｖ）である時に温度が上昇した場合について説明する。温度が上昇するとトランジスタの特性として、各トランジスタのＶＢＥ電圧は小さくなる。例えば、常温の時のＶＢＥ電圧を１．３Ｖとすると、温度が上昇すると１．２６Ｖとなる。また、抵抗には負の温度特性があるため、温度が上昇すると抵抗値が小さくなる。よって、電流制限抵抗Ｒ１の両端に発生する電圧差が大きくなり、抵抗Ｒ１の値が小さくなるため、電流Ｉ１が増加する。電流Ｉ１の増加に伴い、電流Ｉ２、Ｉ３、Ｉ６が増加する。この時、抵抗Ｒ３は負の温度係数をもっているため、抵抗値が小さくなる。これにより抵抗Ｒ３と電流Ｉ７から決まる電圧Ｖｒ３は小さくなる。バイアス供給用エミッタフォロワＱ１２のＶＢＥ電圧はトランジスタＱ１４と電圧Ｖｒ３の和によって決まる。よって、バイアス供給用エミッタフォロワのＶＢＥ電圧は小さくなる。つまり、バイアス供給用エミッタフォロワＱ１２の活性度は低くなり、電流Ｉｃは小さくなる。よって、温度が上昇した場合でも、増幅用トランジスタＱ１１へのバイアス電流Ｉｂｉａｓの変動を抑制する動作をする。
【００２５】
温度が変動した場合の増幅用トランジスタのコレクタ電流の変化のグラフを図３に示す。増幅用トランジスタのコレクタ電流の変化は、バイアス回路から増幅用トランジスタへ供給されるバイアス電流を増幅した電流値として見ることができる。図３より、広い温度範囲（−３０度から１２０度）でバイアス回路のバイアス電流値の変動が小さいことがわかる。
【００２６】
上述したように、実施の形態１のバイアス回路によれば、バイアス回路の電流制限部１１２の動作により、通常使用の制御電圧（例えば、２．８５Ｖ±０．１Ｖ）に対して、制御電圧の変動に対してバイアス電流Ｉｂｉａｓの変動を抑制することが可能である。また、電流制限部１１２は温度変動に対しても、制御電圧が変動したときと同様の動作によりバイアス電流Ｉｂｉａｓの変動を抑制することが可能である。この電流制限部１１２は制御電圧が規定値以上に上昇した場合にバイアス電流をゼロに近づける動作をする。これにより、制御電圧の上昇に基づいて増加するバイアス電流による増幅用トランジスタＱ１１の熱暴走を防ぐことが可能である。
【００２７】
また、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、適宜変形することが可能である。例えば、制御信号として電圧ではなく、電流を制御信号として用いても上述したバイアス回路は実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施の形態１にかかるバイアス回路及びパワーアンプの回路図である。
【図２】実施例と従来回路の制御電圧による増幅用トランジスタのコレクタ電流の変化の比較のグラフである。
【図３】実施例と従来回路の温度による増幅用トランジスタのコレクタ電流の変化の比較のグラフである。
【図４】特許文献１に開示されているバイアス回路及びパワーアンプの回路図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０１  制御電圧入力端子
１０２  電源端子
１０３  入力端子
１０４  出力端子
１１１  電圧安定部
１１２  電流制限部
１１３  パワーアンプ
【図１】
2006191358.tif 000003
【図２】
2006191358.tif 000004
【図３】
2006191358.tif 000005
【図４】
2006191358.tif 000006