(57)【要約】モノリシックＲＦ増幅器（２０、３０、４０、５０、６０、７０）は、増幅器出力部（２８）の瞬時電圧を検出し、又、能動素子（２２、３３、４１、４２、５１、６１、７１）を利用して、増幅器出力部（２８）に印加される過電圧から増幅器の出力段（２１、３１）を保護する。
2005527125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
瞬時過電圧からＲＦ増幅器を保護するための方法であって、
ＲＦ増幅器を設けて出力段を接続し、ＲＦ増幅器の出力部に瞬時電圧を供給する段階と、
瞬時電圧をモニタし、瞬時電圧が第１電圧値に達した時、能動素子を接続して増幅器利得を低下させる段階と、
が含まれる方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
瞬時電圧をモニタし、瞬時電圧が第１電圧値に達した時、能動素子を接続して増幅器利得を低下させる前記段階には、瞬時電圧が出力部の最大動作電圧に達するのに応じて、又、瞬時電圧がＲＦ増幅器の破壊電圧に等しい値に達する前に、能動素子を接続して増幅器利得を低下させる段階が含まれる方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
瞬時電圧をモニタし、能動素子を接続して増幅器利得を低下させる前記段階には、ＲＦ増幅器の出力部からＲＦ増幅器の入力部に能動素子を接続して、ＲＦ増幅器の入力部に印加される入力電圧を低下させる段階が含まれる方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
ＲＦ増幅器を設ける前記段階には、出力段にＨＢＴを提供する段階が含まれる方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
ＲＦ増幅器を設ける前記段階には、ＩＩＩ−Ｖ族半導体物質からＲＦ増幅器を形成する段階が含まれる方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
ＲＦ増幅器を設ける前記段階には、ＳｉＧｅ半導体物質からＲＦ増幅器を形成する段階が含まれる方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
瞬時電圧をモニタする前記段階には、ＲＦ増幅器の出力部と電力帰線との間に抵抗デバイダを接続する段階が含まれる方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、
瞬時電圧をモニタし、瞬時電圧が第１電圧値に達するのに応じて、能動素子を接続して増幅器利得を低下させる前記段階には、他の能動素子の逆方向破壊電圧を用いて、瞬時電圧が少なくとも第１電圧値に等しいことを判断する段階が含まれる方法。
【請求項９】
ＲＦ増幅器を形成するための方法であって、
基板上にＲＦ増幅器を形成して、ＨＢＴと、検出素子と、能動制御素子とを有する出力段を含ませる段階と、
ＲＦ増幅器の瞬時電圧を検出し、瞬時電圧がＲＦ増幅器の最大動作電圧に達するのに応じて制御信号を供給するために、基板上で検出素子を接続する段階と、
検出素子が制御信号を供給するのに応じて出力段への入力信号を低下させるために、基板上で能動制御素子を接続する段階と、
が含まれる方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
能動制御素子を接続する前記段階には、能動検出素子の制御信号を受け取るために第１トランジスタの制御電極を接続することによって第１トランジスタを接続する段階と、
第１トランジスタの第１電流電極を電圧帰線に接続する段階と、
第１トランジスタの第２電流電極を出力段の制御入力部に接続する段階と、
が含まれる方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
能動検出素子を接続する前記段階には、瞬時電圧を検出するために接続する第１電流電極と、第１トランジスタの制御電極に接続する第２電流電極とを有する第２トランジスタを接続する段階が含まれる方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、更に、
第２トランジスタの制御電極に抵抗を接続する段階と、
前記抵抗を用いて、第２トランジスタのＢＶＣＥＲ電圧を設定する段階と、
が含まれる方法。
【請求項１３】
モノリシックＲＦ増幅器であって、
ＩＩＩ−Ｖ族基板に形成された出力段であって、出力部と、入力部と、導電端子とを有するＩＩＩ−Ｖ族バイポーラデバイスが含まれる前記出力段と、
ＩＩＩ−Ｖ族基板に形成された能動検出素子であって、出力段の出力部に接続する検出端子と制御信号端子とを有するＩＩＩ−Ｖ族能動素子が含まれる前記能動検出素子と、
ＩＩＩ−Ｖ族基板に形成された制御素子であって、能動検出素子の制御信号端子に接続する制御入力部と、出力段の入力部に接続する第１電流端子と、第２電流端子とを有するＩＩＩ−Ｖ族能動素子が含まれる前記制御素子と、
が含まれるモノリシックＲＦ増幅器。
【請求項１４】
請求項１３に記載のモノリシックＲＦ増幅器であって、
能動検出素子及び制御素子は、大きさが各々出力段の４分の１以下であるモノリシックＲＦ増幅器。
【請求項１５】
請求項１３に記載のモノリシックＲＦ増幅器であって、
出力段には、ＨＢＴが含まれるモノリシックＲＦ増幅器。
【請求項１６】
請求項１３に記載のモノリシックＲＦ増幅器であって、
前記出力段には、ＨＢＴが含まれ、
前記能動検出素子には、出力段の出力部に接続する第１電流電極と、第２電流電極と、制御電極とを有する第１トランジスタが含まれ、
前記制御素子には、能動検出素子の制御信号端子に接続するベースと、出力段の入力部に接続するコレクタと、電圧帰線に接続するエミッタとを有するバイポーラトランジスタを含む第２トランジスタが含まれる、
モノリシックＲＦ増幅器。
【請求項１７】
請求項１６に記載のモノリシックＲＦ増幅器であって、更に、
第２トランジスタのベースに接続する第２電流電極を有するＨＢＴを含む第１トランジスタが含まれるモノリシックＲＦ増幅器。
【請求項１８】
請求項１７記載のモノリシックＲＦ増幅器であって、更に、
第２トランジスタのベースに接続するベースを有する第１トランジスタが含まれるモノリシックＲＦ増幅器。
【請求項１９】
請求項１６に記載のモノリシックＲＦ増幅器であって、
出力段の前記ＨＢＴ、前記第１トランジスタ、及び前記第２トランジスタは、全てＧａＡｓバイポーラトランジスタであるモノリシックＲＦ増幅器。
【請求項２０】
請求項１３に記載のモノリシックＲＦ増幅器であって、
前記能動検出素子は、出力段の出力部に接続するアノードと、カソードとを有するＧａＡｓダイオードであり、
前記制御素子には、ＧａＡｓダイオードのアノードに接続するベースと、出力段の入力部に接続するコレクタと、電圧帰線に接続するエミッタとを有するＧａＡｓトランジスタが含まれるモノリシックＲＦ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に電子回路に関し、特に、半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の加速度的な成長に伴って、無線周波数（ＲＦ）増幅器が、数多くの様々な新しい用途に用いられつつある。従来、無線周波数（ＲＦ）増幅器には、通常、非飽和モードで動作してアンテナ等の負荷を駆動する高周波パワートランジスタが含まれていた。理想的な状況においては、負荷インピーダンスと増幅器の出力インピーダンスとは、完全に整合できたが、実際には、負荷を完全に整合できることはほとんどなかった。また、他の様々な事例も負荷不整合を起し得る可能性があった。このような事例の中には、保守技術者が運用設備への負荷を切り離したり、建設工事でケーブルが切断されたりする等の事例がある。これらの不整合があると、増幅器出力部の出力電圧が増加した。通常、このような増加によって、出力電圧が大きくなり高周波パワートランジスタの破壊電圧を超えることで、トランジスタに損傷を与える場合があった。損傷を最小限に抑えるために、コンデンサやインダクタ等の受動素子を外部から出力部に接続して、増幅器に再結合する電圧を低減する試みがなされた。これらの受動素子は、通常、増幅器の動作パラメータに有害な影響を及ぼした。このような受動素子は、電力を消費し、増幅器による消費電力増大の原因となった。更に、受動素子は、増幅器の電力利得、効率、及び電力の線形性を低下させる場合があった。更に、受動素子を用いると、増幅器を含むシステムのコストが増大した。
【０００３】
他方、ダイオードを負荷と並列に外部から出力部に接続して、増幅器への損傷を最小限に抑えようとする試みがなされた。ダイオードの消費電力は、増幅器出力部に供給される電力を全て消費するのに充分な大きさである必要があった。その結果、ダイオードは、大きくなって、その寄生要素が、増幅器の性能に有害な影響を与えた。またダイオードは、増幅器のコストも増大させた。
【０００４】
従って、増幅器の性能を低下させることなく、出力部の過電圧から増幅器を保護する方法を有することが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、無線周波数（ＲＦ）増幅器の出力部の瞬時電圧を検出又はモニタし、瞬時電圧が増幅器の最大動作電圧に達するのに応じて、能動半導体デバイスを接続して増幅器の利得を低下させる方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、瞬時過電圧からＲＦ増幅器を保護するための方法を提供する。本方法は、ＲＦ増幅器を設けて出力段を接続し、ＲＦ増幅器の出力部に瞬時電圧を供給する段階と、瞬時電圧をモニタし、瞬時電圧が第１電圧値に達した時、能動素子を接続して増幅器利得を低下させる段階と、を含む。
【０００７】
本発明による方法は、増幅器出力部への瞬時過電圧の印加を防止して、増幅器に対する損傷を防止する一助となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
説明を簡単に又明確にするために、図の要素は、必ずしも縮尺通りではなく、又、異な
る図の同様な参照番号は、同様な要素を示す。更に、公知の工程や要素の詳細記述は、説明を簡単にするために省略する。
【０００９】
電源によって印加される電圧は、印加電圧と呼ばれることが多いことを当業者は留意されたい。正常動作時、負荷からの反射電圧を含む、全ての電源から出力部に印加される電圧は、通常、出力部の瞬時電圧または瞬時出力電圧あるいは瞬時電圧と呼ぶ。不整合負荷、無負荷、及び不正印加電圧状態を含む通常条件時、出力部において予想される瞬時電圧の最大値は、印加電圧の約２倍から４倍まで変動することがあり、又、印加電圧の５倍から６倍になる場合もある。最大動作電圧は、正常動作時、瞬時電圧に対して予想される最大値を超えるが、増幅器の破壊電圧よりも小さい電圧値である。
【００１０】
図１は、モノリシックＲＦ増幅器２０の実施形態を示す。ＲＦ増幅器２０は、能動素子と結合して、増幅器２０の瞬時電圧をモニタ又は検出し、又、瞬時電圧が最大動作電圧には到達するが増幅器２０の破壊電圧に到達する前に、増幅器２０の利得を低下させる。電源２３及び電力帰線３７は、増幅器２０に印加される電力を供給するが、印加電力と呼ぶことが多い。インダクタ１６は、インピーダンス整合ネットワークから生じる誘導負荷、又は任意のＲＦエネルギーから印加電力を分離するために通常挿入されるＲＦチョーク起因の誘導負荷を表す。増幅器２０には、増幅器２０の出力部２８即ち増幅器出力部２８を介して、外部負荷２９への瞬時電圧を駆動するために電力を供給するのに適した出力段２１が含まれる。通常、出力段２１には、出力部２８に接続する出力部と、増幅器２０の入力部３６に接続する入力部３４と、増幅器の電力帰線３７に接続する導電端子とが含まれる。当業者は認識されるように、出力段２１は、幾つかの増幅段を含み得る。増幅器２０は、出力部２８に接続する能動素子２２を利用する。素子２２は、能動半導体デバイスを利用して、出力部２８の瞬時電圧をモニタし、又、瞬時電圧が増幅器２０の第１の値即ち最大動作電圧に達する時、出力段２１の利得を低下させる。増幅器２０は、ＲＦ増幅器であるため、出力部２８の瞬時電圧は、負荷２９と増幅器２０の出力インピーダンスとの間のインピーダンス整合に応じて変動する。インピーダンスが完全に整合した場合、瞬時電圧は、電源２３の約２倍の電圧である最大値から、ほぼ電力帰線３７に印加される値である最小値まで変動する。前述のように、他の条件下では、瞬時電圧の最大値は、これよい大きい場合がある。しかしながら、他の非正常条件下では、出力部の電圧は、最大動作電圧を超えて、増幅器２０の破壊電圧に達したり超えたりする。能動素子２２が無い場合、これらの非正常電圧は、増幅器２０に損傷を与え得る。その結果、素子２２は、このような過電圧から増幅器２０を保護する。瞬時電圧の最大値が、増幅器２０の最大動作電圧に達すると、素子２２は、オン状態になり、出力段２１への入力信号を低下させ、これによって、出力段２１の利得を低下させ、又、出力部２８に印加される電圧を低下させる。素子２２は、瞬時電圧が増幅器２０の最大動作電圧に近い値又はそれ未満の値に低下するまでオン状態のままである。
【００１１】
図２は、図１に示した増幅器２０の他の実施形態である増幅器３０を示す概略図である。増幅器３０は、図１の説明で述べた出力段２１と同様のＲＦパワー出力段３１を有する。出力段３１は、個別のＲＦパワートランジスタとして例示するが、出力段３１は、ダーリントントランジスタ又は他のＲＦパワー出力構成であってよい。例えば、出力段３１は、所望の利得を供給するために、２つ又は３つの連続した増幅段から形成し得る。出力段３１は、以降、トランジスタ３１と呼ぶこともあるが、トランジスタ３１は、これらの種類の任意の要素であり得ることに留意されたい。
【００１２】
増幅器３０の一実施形態において、出力段３１は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）等、元素の周期律表のＩＩＩ族及びＶ族の元素に属する物質から形成されるＩＩＩ−Ｖ族トランジスタである。好適な実施形態において、出力段３１は、シリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）ＨＢＴである。他の実施形態において
、出力段３１は、ＳｉＧｅ若しくはＧａＡｓＨＦＥＴ、又は他の同じ種類のＲＦトランジスタであってよい。一実施形態において、増幅器３０は、接続される能動検出素子即ち検出素子３２を利用して、増幅器３０の瞬時電圧を検出又はモニタし、又、瞬時電圧が最大動作電圧に達するのに応じて素子３３の制御入力部３８に制御信号を印加する。増幅器３０には、検出素子３２からの制御信号に応じて、出力段３１の入力部３４における入力電圧を低下するために接続する能動制御素子即ち制御素子３３が含まれる。他の実施形態において、増幅器３０は、接続される抵抗デバイダ等の受動検出素子を利用して、増幅器３０の瞬時電圧を検出又はモニタし、又、制御入力部３８に制御信号を印加する。このような受動検出素子の一例を、出力部２８に接続する抵抗３５及び電力帰線３７に接続する抵抗３９を用いる抵抗デバイダによって示す。
【００１３】
制御素子は、増幅器の利得を低下させるために、このような連続した増幅段の任意の段に接続し得ることに留意されたい。更に、増幅器は、幾つかの異なる検出素子と、対応する能動制御素子とを有し、各能動制御素子は、このような連続増幅段の異なる増幅段に接続し得ることに留意されたい。
【００１４】
図３は、図２の説明で述べた増幅器３０の他の実施形態である増幅器４０の実施形態を示す概略図である。増幅器４０は、図２に示した検出素子３２の代わりにダイオード４１を利用し、又、図２に示した制御素子３３の代わりにトランジスタ４２を利用する。ダイオード４１は、出力部２８の瞬時電圧を検出するために接続するカソードと、トランジスタ４２の制御入力部に制御信号を供給するために接続するアノードとを有する。トランジスタ４２は、出力段即ちトランジスタ３１の入力部３４にコンデンサ４３を介して接続する第１電流端子と、電力帰線３７に接続する第２電流端子とを有する。増幅器４０の一実施形態において、トランジスタ４２は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）等、元素の周期律表のＩＩＩ族及びＶ族の元素に属する物質から形成される。好適な実施形態において、トランジスタ４２は、シリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）ＨＢＴである。他の実施形態において、トランジスタ４２は、ＳｉＧｅ若しくはＧａＡｓＨＦＥＴ、又は他の同じ種類のトランジスタであってよい。
【００１５】
動作中、ダイオード４１及びトランジスタ４２は、出力部２８の瞬時電圧がダイオード４１の逆バイアス破壊電圧未満である限り、オフ状態である。トランジスタ４２は、入力部３４にＡＣ結合されるため、トランジスタ３１の動作を妨げるＤＣ電流は流れず又無負荷である。ダイオード４１がこの破壊電圧以上である場合、ダイオード４１は、出力部２８からトランジスタ４２をオン状態にするトランジスタ４２の制御入力部に電流を供給する。トランジスタ４２は、ＡＣ結合されるため、ＤＣコレクタ電流は流れず、従って、トランジスタ４２は、即座にオン状態になり飽和して、入力部３４が低インピーダンスになる。その結果、トランジスタ４２は、入力部３４に供給される電力の一部を吸収する。通常、入力部３４を駆動している電源のインピーダンスは、トランジスタ３１の入力インピーダンスと整合している。飽和状態のトランジスタ４２を介して入力部３４を低インピーダンスにすると、インピーダンスのバランスがくずれて、電力の一部が駆動電源に反射する。
【００１６】
必要に応じて、コンデンサ４３を省略して、トランジスタ４２の第１電流端子を入力部３４に接続し得る。動作中、トランジスタ４２がオンすると、入力部３４の電流が低下し、これによって、トランジスタ３１及び増幅器４０の利得が低下する。その結果、出力部２８の瞬時電圧の最大値は、ほぼダイオード４１の逆方向破壊電圧の値に低下する。従って、ダイオード４１の逆方向破壊電圧は、少なくともトランジスタ３１の最大動作電圧に等しいが、破壊電圧等のトランジスタ３１に損傷を与える電圧未満になるように選択する。通常、逆方向破壊電圧は、増幅器４０が正常に機能できるように、瞬時電圧の通常値よりも僅かに大きくなるように選択する。このような値によって、増幅器４０は、増幅器４
０の出力インピーダンスとほぼ同じ負荷インピーダンスで機能し得るが、非正常動作条件から増幅器４０を保護する。
【００１７】
通常、ダイオード４１の遷移時間は、極めて短く、従って、トランジスタ４２及びダイオード４１は、瞬時過電圧から増幅器４０を素早く保護する。ダイオード４１の逆方向破壊電圧は、慎重な素子設計によってある程度選択し得る。しかしながら、ダイオード４１に要求される逆方向破壊電圧が、このような素子設計で得られない場合、後述するように、増幅器の他の実施形態を利用し得る。
【００１８】
図４は、図２に示した増幅器３０の他の実施形態である増幅器５０を示す概略図である。増幅器５０は、図２に示した検出素子３２の代わりにバイポーラトランジスタ５１を利用する。トランジスタ５１は、ＧａＡｓＨＢＴトランジスタ等、元素の周期律表のＩＩＩ−Ｖ族物質から形成されるトランジスタ等の様々なＲＦトランジスタであってよい。好適な実施形態において、トランジスタ５１は、ＳｉＧｅＨＢＴトランジスタである。トランジスタ５１を接続して、トランジスタ５１の３端子破壊特性を利用して、トランジスタ４２を素早くオン状態にし、これによって、増幅器５０の瞬時電圧が僅かに変動するのに応じて、増幅器５０の利得が低下する。トランジスタ５１は、出力部２８の瞬時電圧を受け取るために接続する検出端子即ち第１電流電極と、トランジスタ４２の入力部３８に制御信号を供給するために接続する制御信号端子即ち第２電流電極とを有する。トランジスタ５１の制御電極は、抵抗５２を介して電力帰線３７に接続する。
【００１９】
動作中、出力部２８の瞬時電圧が大きなってトランジスタ５１のコレクタ−エミッタ破壊電圧を超えると、電流が、トランジスタ５１のコレクタからエミッタに流れる。このことは、一般的に、２端子破壊領域（ＢＶＣＥＯ）における動作と見なされる。電流の一部は、ベースを流れ、従って、抵抗５２を流れて、抵抗５２が、トランジスタ５１をオンするのに充分な電圧を発生する。トランジスタ５１がオン状態の時、トランジスタ５１を介する電流は、トランジスタ５１の利得によって大きくなることで、大電流がトランジスタ４２に供給される。このことは、一般的に、３端子破壊領域（ＢＶＣＥＲ）における動作と見なされる。図３の説明で述べたように、これによって、トランジスタ４２が素早くオンして、トランジスタ３１への入力信号を低下させることによって、トランジスタ３１の利得が低下し、増幅器５０の利得が低下する。
【００２０】
ＢＶＣＥＯの値は、トランジスタ４２の形成に用いる半導体プロセス技術によって決まる。しかしながら、ＢＶＣＥＲの値は、抵抗５２の値を変えることによって変更し得る。従って、トランジスタ５１に破壊電圧を供給するために抵抗５２を選択するが、この破壊電圧は、増幅器５０の最大動作電圧以上であり、好適には、増幅器５０の所望の保護を行うために、又、増幅器５０を正常に機能させるために、正常な動作条件の瞬時電圧よりも僅かに大きい。一般的に、トランジスタ５１の破壊電圧の好適な最大値は、増幅器５０に損傷を与える電圧よりも小さい。抵抗５２の値を選択することによって、２端子破壊電圧値と３端子破壊電圧値との間の或る値に有効破壊電圧を設定して、トランジスタ５１に用いる破壊電圧を制御し得る。他の実施形態において、抵抗５２は、トランジスタ５１の制御電極に接続する第１端子と、入力部３８に接続する第２端子とを有する。この代替の構成では、トランジスタ５１及び抵抗５２は、増幅器５０についての前述の説明と同様に機能する。
【００２１】
前述のように、トランジスタ３１は、複数段有し得ることに留意されたい。このような構成において、増幅器は、トランジスタ５１等、複数の検出素子を有し、各検出素子は、瞬時電圧の異なる値において、検出信号を出力部２８に供給し得る。検出信号は、全て、トランジスタ４２等の１つの能動制御素子に、あるいは、各々、別個の能動制御素子に供給し得る。
【００２２】
図５は、図２に示した増幅器３０の他の実施形態である増幅器６０を示す概略図である。増幅器６０は、図２に示す検出素子３２の代わりにバイポーラトランジスタ６１を用いる。トランジスタ６１は、ＧａＡｓＨＢＴトランジスタ等、元素の周期律表のＩＩＩ−Ｖ族物質から形成されるトランジスタ等、様々なＲＦトランジスタであってよい。好適な実施形態において、トランジスタ６１は、ＳｉＧｅＨＢＴトランジスタである。トランジスタ６１は、トランジスタ６１のエミッタ−ベース逆方向破壊電圧（ＢＶＥＢＯ）を利用して、トランジスタ４２に検出信号を供給する。接続されるトランジスタ６１は、出力部２８の瞬時電圧を検出するために接続する検出端子即ち第１電流電極と、トランジスタ４２の入力部３８に検出信号を供給するために接続する制御電極とを有する。動作中、出力部２８の電圧が、少なくともトランジスタ６１のエミッタ−ベース逆方向破壊電圧（ＢＶＥＢＯ）に等しい場合、電流が、エミッタ−ベース接合を通過して電流を供給し、トランジスタ４２がオン状態になる。トランジスタ４２は、オン状態になって、前述の図３の説明で述べたように、利得が低下する。トランジスタ６１のＢＶＥＢＯは、当業者に公知の半導体デバイス設計技術によって設計し得る。その結果、図３の説明で述べた理由と同じ理由により、ＢＶＥＢＯは、増幅器６０の最大動作電圧以上且つ破壊電圧以下になるように選択する。
【００２３】
図６は、図５に示した増幅器６０の他の実施形態である増幅器７０を示す概略図である。増幅器７０は、図２に示す検出素子３２の代わりにバイポーラトランジスタ７１を用いる。トランジスタ７１は、ＧａＡｓＨＢＴトランジスタ等、元素の周期律表のＩＩＩ−Ｖ族物質から形成されるトランジスタ等、様々なＲＦトランジスタであってよい。好適な実施形態において、トランジスタ７１は、ＳｉＧｅＨＢＴトランジスタである。トランジスタ７１は、図５の説明で述べたトランジスタ６１と同様に、トランジスタ７１のエミッタ−ベース逆方向破壊電圧（ＢＶＥＢＯ）を利用して検出信号を供給する。接続されるトランジスタ７１は、出力部２８の瞬時電圧を検出するために接続する検出端子即ち第１電流電極と、トランジスタ４２の入力部３８に検出信号を供給するために接続する第２電流電極とを有する。動作中、出力部２８の電圧が、少なくともトランジスタ７１のエミッタ−ベース逆方向破壊電圧（ＢＶＥＢＯ）に等しい場合、電流が、トランジスタ７１のエミッタからコレクタに流れてトランジスタ４２の制御電極に電流を供給する。トランジスタ４２は、オン状態になって、図３の説明で前述したように、利得が低下する。トランジスタ７１のＢＶＥＢＯは、図５の説明にあるトランジスタ６１と同様に、又、同じ範囲で選択する。
【００２４】
図７は、図６に示した増幅器７０の他の実施形態である増幅器７５を示す概略図である。瞬時電圧は、交流波形である。この波形を用いることから、増幅器７５は、追加回路を用いて、瞬時電圧波形の全周期の間、検出素子及び制御素子をオン状態に維持する一助となる。トランジスタ７１は、抵抗７６の第１端子に接続する第２電流電極を有する。抵抗７６の第２端子は、コンデンサ７８を介して電圧帰線３７に接続する。抵抗７７は、抵抗７６の第２端子に接続する第１端子と、トランジスタ４２の制御電極に接続する第２端子とを有する。コンデンサ７８は、トランジスタ７１からの電荷を蓄積し、又、瞬時電圧の全周期の間、トランジスタ４２をオン状態に維持するように機能する。抵抗７６は、この期間中、トランジスタ７１を流れる電流を制限して、トランジスタ７１の損傷を防止する。抵抗７７は、トランジスタ４２を流れる電流を制限し、又、コンデンサ７８と協働して、瞬時電圧が正常動作値に戻った後、増幅器７５を正常動作に戻すための時定数を規定する。
【００２５】
増幅器７５の具体例の一例では、抵抗７６の値は、６００オーム（Ω）であり、抵抗７７の値は、３３００Ωであり、コンデンサ７８の値は、１．６６ピコファラド（ｐｆ）であり、コンデンサ４３の値は、１０ｐｆである。この例において、印加電圧は、３．２Ｖ
であり、破壊電圧は１８Ｖであり、瞬時電圧の通常値は約８Ｖである。その結果、最大動作電圧は、瞬時電圧の正常動作値８Ｖよりも大きく、破壊電圧の１８Ｖよりも小さく、従って、概ね、８Ｖと１８Ｖの間である。この例では、トランジスタ７１のエミッタ−ベース逆方向破壊電圧（ＢＶＥＢＯ）を約１２Ｖの値に設定して、最大動作電圧値の範囲内でトリガ電圧を供給する。増幅器７５のこの例の動作中、増幅器７５の電力利得は、瞬時電圧の最大値が最大動作電圧に達した時、３デシベル（ｄｂ）だけ低下した。損傷から増幅器７５を保護するために、この利得低下で、増幅器７５の出力部への瞬時過電圧の印加を防止した。
【００２６】
図８は、増幅器２０、３０、４０、５０、６０、７０、又は７５を形成し得る半導体基板８０の平面図を示す概略図である。一実施形態において、基板８０は、元素の周期律表のＩＩＩ族及びＶ族の元素に属する物質から形成される。好適な実施形態において、基板８０は、ＳｉＧｅから形成する。基板８０の領域８２は、出力段２１又はトランジスタ３１を形成し得る領域を表す。領域８４は、能動素子２２又は検出素子３２に用いる領域を表す。領域８３は、制御素子３３又はトランジスタ４２の位置及び領域を表す。通常、能動素子２２又は検出素子３２、及び制御素子３３又はトランジスタ４２の大きさは、出力段２１又はトランジスタ３１の大きさの約４分の１よりも小さく、又、好適な実施形態においては、出力段２１又はトランジスタ３１の大きさの約１０分の１よりも小さい。その結果、能動素子２２又は検出素子３２、及び制御素子３３又はトランジスタ４２から生じる負荷は、出力段２１又はトランジスタ３１にとっては無視してよく、又、増幅器の出力電力、周波数応答、及び正常動作の線形性に全く影響を及ぼさない。
【００２７】
本発明について、好適な具体的実施形態を用いて説明したが、数多くの選択肢及び変更点が、半導体技術の当業者にとって、容易に認められることは明白である。具体的には、本発明の幾つかの実施形態について、特定のＨＢＴトランジスタ構造の場合を説明したが、この方法は、他のＩＩＩ−Ｖ族、ＳｉＧｅ，及びＳｉトランジスタ構造に対してだけでなく、バイポーラ及びＦＥＴデバイスに直接適用可能である。更に、他の技術を用いて、検出素子が制御素子をオン状態にする電圧を設定し得る。
【００２８】
以上、ＲＦ増幅器を形成するための新規の方法と構造を提供したことを認識されたい。能動半導体デバイスを用いると、増幅器の出力段と共に同じ基板上に保護素子を配置することが容易になり、これによって、寄生素子は減少し、又、増幅器の電力利得及び周波数応答を含む増幅器の性能は低下しない。通常、増幅器の歪みは、従来技術の実施例に対して、約５０％低下する。更に、能動素子を用いると、過電圧条件に応じて迅速な保護の実行が容易になり、又、異なる最大動作電圧に対する能動保護素子の変更が簡単に行える。更に、能動素子は、保護を行うために従来用いられた外部受動素子よりも低コストで提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に基づく増幅器の実施形態を示す概略図。
【図２】本発明に基づく増幅器の第２実施形態を示す概略図。
【図３】本発明に基づく増幅器の第３実施形態を示す概略図。
【図４】本発明に基づく増幅器の第４実施形態を示す概略図。
【図５】本発明に基づく増幅器の第５実施形態を示す概略図。
【図６】本発明に基づく増幅器の第６実施形態を示す概略図。
【図７】本発明に基づく増幅器の第７実施形態を示す概略図。
【図８】本発明に基づく増幅器を組み込む簡略化した半導体デバイスを示す概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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