(57)【要約】【課題】増幅器の非線形動作を改善するバイアス回路を提案する。【解決手段】バイアス回路１０は、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４及びフィルタ回路４０を備えている。バイポーラトランジスタＱ３は、増幅器５０にバイアス信号を供給する。フィルタ回路４０は、バイポーラトランジスタＱ１のベース端子Ｂ１を通じて、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ端子Ｃ１とグランドとの間に接続している。フィルタ回路４０は、増幅器５０に入力されるＲＦ信号の高周波成分を減衰させる周波数特性を有する。【選択図】図１
2018098766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源端子に第１の電流経路を通じて接続する第１のコレクタ端子と、接地する第１のエミッタ端子と、第１のベース端子とを有する第１のバイポーラトランジスタと、
定電圧源又は定電流源に第２の電流経路を通じて接続する第２のコレクタ端子と、接地する第２のエミッタ端子と、前記第１のベース端子に接続する第２のベース端子とを有する第２のバイポーラトランジスタと、
第３のベース端子と、前記第１の電流経路を通じて前記電源端子に接続する第３のコレクタ端子と、前記第１の電流経路を通じて前記第１のコレクタ端子に接続するとともに、バイアス信号を増幅器に供給する第３のエミッタ端子とを有する第３のバイポーラトランジスタと、
前記第３のベース端子に接続する第４のベース端子と、前記第２の電流経路を通じて前記定電圧源又は前記定電流源に接続する第４のコレクタ端子と、前記第２の電流経路を通じて前記第２のコレクタ端子に接続する第４のエミッタ端子とを有する第４のバイポーラトランジスタであって、前記第４のコレクタ端子と前記第４のベース端子とが接続されている、第４のバイポーラトランジスタと、
前記第１のベース端子を通じて前記第１のコレクタ端子とグランドとの間に接続するフィルタ回路であって、前記増幅器に入力されるＲＦ信号の高周波成分を減衰させる周波数特性を有する、フィルタ回路と、
を備えるバイアス回路。
【請求項２】
請求項１に記載のバイアス回路であって、
前記フィルタ回路は、ローパスフィルタである、バイアス回路。
【請求項３】
請求項２に記載のバイアス回路であって、
前記ローパスフィルタは、抵抗素子及びキャパシタ素子を備える、バイアス回路。
【請求項４】
電源端子に第１の電流経路を通じて接続する第１のコレクタ端子と、接地する第１のエミッタ端子と、第１のベース端子とを有する第１のバイポーラトランジスタと、
定電圧源又は定電流源に第２の電流経路を通じて接続する第２のコレクタ端子と、接地する第２のエミッタ端子と、前記第１のベース端子に接続する第２のベース端子とを有する第２のバイポーラトランジスタと、
第１のゲート端子と、前記第１の電流経路を通じて前記電源端子に接続する第１のドレイン端子と、前記第１の電流経路を通じて前記第１のコレクタ端子に接続するとともに、バイアス信号を増幅器に供給する第１のソース端子とを有する第１の電界効果トランジスタと、
前記第１のゲート端子に接続する第２のゲート端子と、前記第２の電流経路を通じて前記定電圧源又は前記定電流源に接続する第２のドレイン端子と、前記第２の電流経路を通じて前記第２のコレクタ端子に接続する第２のソース端子とを有する第２の電界効果トランジスタであって、前記第２のドレイン端子と前記第２のゲート端子とが接続されている、第２の電界効果トランジスタと、
前記第１のベース端子を通じて前記第１のコレクタ端子とグランドとの間に接続するフィルタ回路であって、前記増幅器に入力されるＲＦ信号の高周波成分を減衰させる周波数特性を有する、フィルタ回路と、
を備えるバイアス回路。
【請求項５】
請求項４に記載のバイアス回路であって、
前記フィルタ回路は、ローパスフィルタである、バイアス回路。
【請求項６】
請求項５に記載のバイアス回路であって、
前記ローパスフィルタは、抵抗素子及びキャパシタ素子を備える、バイアス回路。
【請求項７】
電源端子に第１の電流経路を通じて接続する第１のコレクタ端子と、接地する第１のエミッタ端子と、第１のベース端子とを有する第１のバイポーラトランジスタと、
定電圧源又は定電流源に第２の電流経路を通じて接続する第２のコレクタ端子と、接地する第２のエミッタ端子と、前記第２のコレクタ端子に接続する第２のベース端子とを有する第２のバイポーラトランジスタと、
第３のベース端子と、前記第１の電流経路を通じて前記電源端子に接続する第３のコレクタ端子と、前記第１の電流経路を通じて前記第１のコレクタ端子に接続するとともに、バイアス信号を増幅器に供給する第３のエミッタ端子とを有する第３のバイポーラトランジスタと、
前記第３のベース端子に接続する第４のベース端子と、前記第２の電流経路を通じて前記定電圧源又は前記定電流源に接続する第４のコレクタ端子と、前記第２の電流経路を通じて前記第２のコレクタ端子に接続する第４のエミッタ端子とを有する第４のバイポーラトランジスタであって、前記第４のコレクタ端子と前記第４のベース端子とが接続されている、第４のバイポーラトランジスタと、
前記第３のエミッタ端子と前記第１のベース端子との間に接続する抵抗素子と、
を備えるバイアス回路。
【請求項８】
電源端子に第１の電流経路を通じて接続する第１のコレクタ端子と、接地する第１のエミッタ端子と、第１のベース端子とを有する第１のバイポーラトランジスタと、
定電圧源又は定電流源に第２の電流経路を通じて接続する第２のコレクタ端子と、接地する第２のエミッタ端子と、前記第２のコレクタ端子に接続する第２のベース端子とを有する第２のバイポーラトランジスタと、
第１のゲート端子と、前記第１の電流経路を通じて前記電源端子に接続する第１のドレイン端子と、前記第１の電流経路を通じて前記第１のコレクタ端子に接続するとともに、バイアス信号を増幅器に供給する第１のソース端子とを有する第１の電界効果トランジスタと、
前記第１のゲート端子に接続する第２のゲート端子と、前記第２の電流経路を通じて前記定電圧源又は前記定電流源に接続する第２のドレイン端子と、前記第２の電流経路を通じて前記第２のコレクタ端子に接続する第２のソース端子とを有する第２の電界効果トランジスタであって、前記第２のドレイン端子と前記第２のゲート端子とが接続されている、第２の電界効果トランジスタと、
前記第１のソース端子と前記第１のベース端子との間に接続する抵抗素子と、
を備えるバイアス回路。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの移動通信端末においては、基地局へ送信するＲＦ（Radio Frequency）信号を増幅する電力増幅器が用いられている。電力増幅器は、ＲＦ信号を増幅するトランジスタと、トランジスタのバイアスポイントを制御するバイアス回路とを備えている。例えば、米国特許公開第２０１５／０３４９７１５号公報に記載されているように、この種のバイアス回路として、カレントミラー回路を用いたものが知られている。また、この種のトランジスタとして、ヘテロ接合バイポーラトランジスタが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公開第２０１５／０３４９７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、熱抵抗が大きいため、ＲＦ信号の出力の増大に伴って発熱し、トランスコンダクタンスが低下する。すると、トランスコンダクタンスの低下に伴い、利得が低下してしまう。ＲＦ信号の出力が更に増大すると、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのバイアスポイントの上昇により、利得は低下傾向から増加傾向に転じる。このように、低中出力域における利得の変動により、線形性が劣化する。このような線形性の劣化は、ＲＦ信号に歪みをもたらすため、特に、線形変調方式を用いる通信方式にとって望ましいことではない。
【０００５】
そこで、本発明は、増幅器の非線形動作を改善するバイアス回路を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明に係るバイアス回路は、（i）電源端子に第１の電流経路を通じて接続する第１のコレクタ端子と、接地する第１のエミッタ端子と、第１のベース端子とを有する第１のバイポーラトランジスタと、（ii）定電圧源又は定電流源に第２の電流経路を通じて接続する第２のコレクタ端子と、接地する第２のエミッタ端子と、第１のベース端子に接続する第２のベース端子とを有する第２のバイポーラトランジスタと、（iii）第３のベース端子と、第１の電流経路を通じて電源端子に接続する第３のコレクタ端子と、第１の電流経路を通じて第１のコレクタ端子に接続するとともに、バイアス信号を増幅器に供給する第３のエミッタ端子とを有する第３のバイポーラトランジスタと、（iv）第３のベース端子に接続する第４のベース端子と、第２の電流経路を通じて定電圧源又は定電流源に接続する第４のコレクタ端子と、第２の電流経路を通じて第２のコレクタ端子に接続する第４のエミッタ端子とを有する第４のバイポーラトランジスタであって、第４のコレクタ端子と第４のベース端子とが接続されている、第４のバイポーラトランジスタと、（v）第１のベース端子を通じて第１のコレクタ端子とグランドとの間に接続するフィルタ回路であって、増幅器に入力されるＲＦ信号の高周波成分を減衰させる周波数特性を有する、フィルタ回路とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のバイアス回路によれば、増幅器の非線形動作を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態１に関わる電力増幅器の回路構成を示す説明図である。
【図２】実施形態１及び比較例に関わるバイアス回路のバイポーラトランジスタのバイアス電圧と増幅器の出力との関係を示すグラフである。
【図３】実施形態１及び比較例に関わるバイアス回路のバイポーラトランジスタのバイアス電圧と増幅器の出力との関係を示すグラフである。
【図４】実施形態１及び比較例に関わる増幅器の利得と出力との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態２に関わる電力増幅器の回路構成を示す説明図である。
【図６】比較例に関わる電力増幅器の回路構成を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態３に関わる電力増幅器の回路構成を示す説明図である。
【図８】実施形態３及び比較例に関わるバイアス回路のバイポーラトランジスタのバイアス電圧と増幅器の出力との関係を示すグラフである。
【図９】実施形態３及び比較例に関わるバイアス回路のバイポーラトランジスタのバイアス電圧と増幅器の出力との関係を示すグラフである。
【図１０】実施形態３及び比較例に関わる増幅器の利得と出力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、各図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここで、同一符号は同一の回路素子を示すものとし、重複する説明は省略する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態１に関わる電力増幅器１００の回路構成を示す説明図である。電力増幅器１００は、携帯電話などの移動通信端末において、基地局へ送信するＲＦ信号を増幅する。電力増幅器１００は、ＲＦ信号を増幅する増幅器５０と、増幅器５０にバイアス信号を供給するバイアス回路１０とを備える。増幅器５０は、入力端子５１と、バイポーラトランジスタＱ１０と、出力端子５２とを備える。バイポーラトランジスタＱ１０のベース端子Ｂ１０には、入力端子５１及びキャパシタ素子Ｃ２０を通じてＲＦ信号が入力される。バイポーラトランジスタＱ１０のコレクタ端子Ｃ１０には、インダクタ素子Ｌを通じて電源電圧Ｖｃｃが供給される。バイポーラトランジスタＱ１０のエミッタ端子Ｅ１０は、グランドに接地している。バイポーラトランジスタＱ１０は、ベース端子Ｂ１０に入力されるＲＦ信号を増幅し、増幅後のＲＦ信号をコレクタ端子Ｃ１０から出力端子５２に向けて出力する。バイポーラトランジスタＱ１０として、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いることができる。
【００１１】
バイアス回路１０は、主に、バイポーラトランジスタＱ１（第１のバイポーラトランジスタ）、バイポーラトランジスタＱ２（第２のバイポーラトランジスタ）、バイポーラトランジスタＱ３（第３のバイポーラトランジスタ）、バイポーラトランジスタＱ４（第４のバイポーラトランジスタ）、及びフィルタ回路４０を備えている。
【００１２】
バイポーラトランジスタＱ１のベース端子Ｂ１（第１のベース端子）は、バイポーラトランジスタＱ２のベース端子Ｂ２（第２のベース端子）に接続している。バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ端子Ｃ１（第１のコレクタ端子）は、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３（第３のエミッタ端子）に接続している。バイポーラトランジスタＱ１のエミッタ端子Ｅ１（第１のエミッタ端子）は、グランドに接地している。
【００１３】
バイポーラトランジスタＱ２のコレクタ端子Ｃ２（第２のコレクタ端子）は、バイポーラトランジスタＱ４のエミッタ端子Ｅ４（第４のエミッタ端子）に接続している。バイポーラトランジスタＱ２のエミッタ端子Ｅ２（第２のエミッタ端子）は、グランドに接地している。
【００１４】
バイポーラトランジスタＱ３のベース端子Ｂ３（第３のベース端子）は、バイポーラトランジスタＱ４のベース端子Ｂ４（第４のベース端子）に接続している。バイポーラトランジスタＱ３のコレクタ端子Ｃ３（第３のコレクタ端子）は、電源端子Ｖｂａｔｔに接続している。バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３（第３のエミッタ端子）は、ベースバラスト抵抗素子Ｒ９を通じて、バイポーラトランジスタＱ１０のベース端子Ｂ１０に接続している。
【００１５】
バイポーラトランジスタＱ４のコレクタ端子Ｃ４（第４のコレクタ端子）は、抵抗素子Ｒ８を通じて定電圧源Ｖｂｉａｓに接続するとともに、キャパシタ素子Ｃ２１を通じてグランドに接地している。バイポーラトランジスタＱ４のベース端子Ｂ４は、コレクタ端子Ｃ４に接続している。なお、定電圧源Ｖｂｉａｓに替えて定電流源を用いてもよい。以降、本明細書では、定電圧源及び定電流源の何れでもよい場合に、定電圧源を例示するが、定電圧源を定電流源に置き換えてもよい。
【００１６】
ここで、電源端子Ｖｂａｔｔは、バッテリ（例えば、リチウムイオンバッテリ）からの電源電圧を供給する端子である。定電圧源Ｖｂｉａｓは、バッテリ（例えば、リチウムイオンバッテリ）からの電源電圧を負荷の大きさに関係なく一定の電圧値として供給する。定電圧源Ｖｂｉａｓに替えて定電流源を用いる場合、当該定電流源は、バッテリ（例えば、リチウムイオンバッテリ）からの電源電流を負荷の大きさに関係なく一定の電流値として供給する。また、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ端子Ｃ１は、電流経路Ｌ１（第１の電流経路）を通じて電源端子Ｖｂａｔｔに接続している。電流経路Ｌ１は、電流経路Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３からなる。電流経路Ｌ１１は、電源端子Ｖｂａｔｔとコレクタ端子Ｃ３との間の電流経路である。電流経路Ｌ１２は、コレクタ端子Ｃ３とエミッタ端子Ｅ３との間の電流経路である。電流経路Ｌ１３は、エミッタ端子Ｅ３とコレクタ端子Ｃ１及び抵抗素子Ｒ７及びベース端子Ｂ１０との間の電流経路である。
【００１７】
同様に、バイポーラトランジスタＱ２のコレクタ端子Ｃ２は、電流経路Ｌ２（第２の電流経路）を通じて定電圧源Ｖｂｉａｓに接続している。電流経路Ｌ２は、電流経路Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３からなる。電流経路Ｌ２１は、定電圧源Ｖｂｉａｓとコレクタ端子Ｃ４との間の電流経路である。電流経路Ｌ２２は、コレクタ端子Ｃ４とエミッタ端子Ｅ４との間の電流経路である。電流経路Ｌ２３は、エミッタ端子Ｅ４とコレクタ端子Ｃ２との間の電流経路である。
【００１８】
一対のバイポーラトランジスタＱ３，Ｑ４は、カレントミラーとして動作し、電流経路Ｌ１に流れる電流は、電流経路Ｌ２に流れる電流とほぼ同一であるか、又は電流経路Ｌ２に流れる電流に比例する。
【００１９】
バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３は、バイアス信号としてのバイアス電流又はバイアス電圧を増幅器５０に供給する。このバイアス信号は、バイポーラトランジスタＱ１０のベース端子Ｂ１０に供給され、バイポーラトランジスタＱ１０のバイアスポイントを制御する。
【００２０】
フィルタ回路４０は、コレクタ端子Ｃ１とベース端子Ｂ１との間に接続する抵抗素子Ｒ７と、ベース端子Ｂ１とグランドとの間に接続するキャパシタ素子Ｃ２２とを備える。このような回路構成により、フィルタ回路４０は、増幅器５０に入力されるＲＦ信号の高周波成分を減衰させる周波数特性を有するローパスフィルタとして機能する。バイポーラトランジスタＱ１０のベース端子Ｂ１０に供給されるＲＦ信号の高周波成分は、コレクタ端子Ｃ１に入力される。フィルタ回路４０は、ＲＦ信号の高周波成分を減衰させる周波数特性を有しているため、コレクタ端子Ｃ１に入力されるＲＦ信号の高周波成分の影響によるベース端子Ｂ１の電位の変動を抑制できる。これにより、安定したバイアス信号を増幅器５０に供給することができる。
【００２１】
次に、図２ないし図４及び図６を参照しながら、増幅器５０の非線形動作を改善する原理について説明する。ここで、図６は、比較例に関わる電力増幅器３００の回路構成を示している。電力増幅器３００は、ＲＦ信号を増幅する増幅器６０と、増幅器６０にバイアス信号を供給するバイアス回路３０とを備える。増幅器６０は、入力端子６１と、バイポーラトランジスタＱ１０と、出力端子６２とを備える。図６の入力端子６１、及び出力端子６２は、それぞれ、図１の入力端子５１、及び出力端子５２と同じ機能を有するので、詳細な説明を省略する。
【００２２】
バイアス回路３０は、主に、バイポーラトランジスタＱ１１，Ｑ１２，Ｑ１３を備えている。バイポーラトランジスタＱ１１のベース端子Ｂ１１は、バイポーラトランジスタＱ１２のベース端子Ｂ１２に接続している。バイポーラトランジスタＱ１１のエミッタ端子Ｅ１１は、抵抗素子Ｒ１１を通じてグランドに接地するとともに、増幅器６０にバイアス信号を供給する。バイポーラトランジスタＱ１１のコレクタ端子Ｃ１１は、電源端子Ｖｂａｔｔに接続している。バイポーラトランジスタＱ１１は、エミッタフォロワとして動作する。
【００２３】
バイポーラトランジスタＱ１２のベース端子Ｂ１２は、バイポーラトランジスタＱ１２のコレクタ端子Ｃ１２に接続している。バイポーラトランジスタＱ１２のコレクタ端子Ｃ１２は、抵抗素子Ｒ１２を通じて定電圧源Ｖｂｉａｓに接続している。バイポーラトランジスタＱ１２のエミッタ端子Ｅ１２は、バイポーラトランジスタＱ１３のコレクタ端子Ｃ１３に接続している。
【００２４】
バイポーラトランジスタＱ１３のベース端子Ｂ１３は、バイポーラトランジスタＱ１３のコレクタ端子Ｃ１３に接続している。バイポーラトランジスタＱ１３のエミッタ端子Ｅ１３は、グランドに接地している。
【００２５】
図２は、増幅器の出力とバイアス回路のバイアス電圧との関係を示すグラフである。図２の横軸は、増幅器の出力を示し、図２の縦軸は、バイアス回路のバイアス電圧を示す。符号２０１，２０２は、図６に示す比較例に係る増幅器６０の出力とバイアス回路３０のバイポーラトランジスタＱ１１のベース端子Ｂ１１のバイアス電圧との関係を示す。特に、符号２０１は、ＲＦ信号の周波数が８２４ＭＨｚのときのグラフを示し、符号２０２は、ＲＦ信号の周波数が９１５ＭＨｚであるときのグラフを示す。一方、符号２０３，２０４は、図１に示す実施形態１に係る増幅器５０の出力とバイアス回路１０のバイポーラトランジスタＱ３のベース端子Ｂ３のバイアス電圧との関係を示す。特に、符号２０３は、ＲＦ信号の周波数が８２４ＭＨｚのときのグラフを示し、符号２０４は、ＲＦ信号の周波数が９１５ＭＨｚであるときのグラフを示す。
【００２６】
これらの結果から、増幅器の出力が同じであるときのＲＦ信号の周波数の相違によるバイアス電圧の差は僅かであることが分る。また、比較例に係る符号２０１，２０２のグラフに比べて、実施形態１に係る符号２０３，２０４のグラフは、増幅器の出力レベルの増加に伴うバイアス回路のベース端子のバイアス電圧の低下が急峻であることが分る。
【００２７】
図３は、増幅器の出力とバイアス回路のバイアス電圧との関係を示すグラフである。図３の横軸は、増幅器の出力を示し、図３の縦軸は、バイアス回路のバイアス電圧を示す。符号３０１，３０２は、図６に示す比較例に係る増幅器６０の出力とバイアス回路３０のバイポーラトランジスタＱ１１のエミッタ端子Ｅ１１のバイアス電圧との関係を示す。特に、符号３０１は、ＲＦ信号の周波数が８２４ＭＨｚのときのグラフを示し、符号３０２は、ＲＦ信号の周波数が９１５ＭＨｚであるときのグラフを示す。一方、符号３０３，３０４は、図１に示す実施形態１に係る増幅器５０の出力とバイアス回路１０のバイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧との関係を示す。特に、符号３０３は、ＲＦ信号の周波数が８２４ＭＨｚのときのグラフを示し、符号３０４は、ＲＦ信号の周波数が９１５ＭＨｚであるときのグラフを示す。
【００２８】
これらの結果から、増幅器の出力が同じであるときのＲＦ信号の周波数の相違によるバイアス電圧の差は僅かであることが分る。しかし、比較例に係る符号３０１，３０２のグラフは、増幅器６０の出力の増大に伴い、バイポーラトランジスタＱ１１のエミッタ端子Ｅ１１のバイアス電圧が緩やかに低下してから上昇に転じていることが分る。これは、増幅器６０の出力の増大に伴うバイポーラトランジスタＱ１１の温度上昇と、バイポーラトランジスタＱ１１のダイオード特性とに起因しているものと考えられる。一方、実施形態１に係る符号３０３，３０４のグラフは、増幅器５０の出力の増大に伴い、緩やかに低下している。これは、増幅器５０の出力の増大に伴い、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧が上昇しようとすると、抵抗素子Ｒ７を通じてバイポーラトランジスタＱ１のベース端子Ｂ１のバイアス電圧が上昇する。これにより、バイポーラトランジスタＱ１がオン状態になることで、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧の上昇が抑制されることに起因している。さらに、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧が上昇しようとすると、バイポーラトランジスタＱ２のベース端子Ｂ２のバイアス電圧もまた上昇する。すると、バイポーラトランジスタＱ２に流れる電流が増加し、バイポーラトランジスタＱ４のコレクタ端子Ｃ４の電圧が低下する。これにより、図２の符号２０３，２０４のグラフに示すように、バイポーラトランジスタＱ３のベース端子Ｂ３のバイアス電圧が低下する。従って、バイポーラトランジスタＱ３を流れる電流が減少し、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３の電圧の上昇が抑制されるという負帰還が働く。これによっても、バイアス回路１０では、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３の電圧上昇が抑制される。
【００２９】
図４は、増幅器の出力と利得との関係を示すグラフである。図４の横軸は増幅器の出力を示し、図４の縦軸は増幅器の利得を示す。符号４０１，４０２は、図６に示す比較例に係る増幅器６０の出力と利得との関係を示す。特に、符号４０１は、ＲＦ信号の周波数が８２４ＭＨｚのときのグラフを示し、符号４０２は、ＲＦ信号の周波数が９１５ＭＨｚであるときのグラフを示す。符号４０３，４０４は、図１に示す実施形態１に係る増幅器５０の出力と利得との関係を示す。特に、符号４０３は、ＲＦ信号の周波数が８２４ＭＨｚのときのグラフを示し、符号４０４は、ＲＦ信号の周波数が９１５ＭＨｚであるときのグラフを示す。
【００３０】
符号４０１，４０２のグラフから分かるように、増幅器６０の出力増大に伴い、増幅器６０を構成するバイポーラトランジスタＱ１０の発熱により、トランスコンダクタンスが低下し、増幅器６０の利得は、一旦、低下する。ところが、図３の符号３０１，３０２のグラフに示すように、バイポーラトランジスタＱ１１のエミッタ端子Ｅ１１のバイアス電圧は、増幅器６０の出力増大に伴い、上昇する。ここで、増幅器６０を構成するバイポーラトランジスタＱ１０のベース端子Ｂ１０のバイアス電圧は、バイポーラトランジスタＱ１１のエミッタ端子Ｅ１１のバイアス電圧に、ベースバラスト抵抗素子Ｒ９の電圧降下を差し引いた電圧と等価である。従って、増幅器６０を構成するバイポーラトランジスタＱ１０のベース端子Ｂ１０のバイアス電圧の上昇に伴い、増幅器６０の利得は、低下傾向から上昇傾向に転じる。このように、低中出力域における増幅器６０の利得の変動により、線形性が劣化する。一方、符号４０３，４０４のグラフに示すように、増幅器５０の出力増大に伴う増幅器５０の利得の変動は、増幅器６０の出力増大に伴う増幅器６０の利得の変動よりも少ない。これは、符号３０３，３０４のグラフに示すように、増幅器５０の出力増大に伴い、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧が緩やかに低下し、変動が少ないことに起因している。ここで、増幅器５０を構成するバイポーラトランジスタＱ１０のベース端子Ｂ１０のバイアス電圧は、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧に、ベースバラスト抵抗素子Ｒ９の電圧降下を差し引いた電圧と等価である。従って、増幅器５０の出力が増大しても、増幅器５０を構成するバイポーラトランジスタＱ１０のベース端子Ｂ１０のバイアス電圧の変動は少なく、それ故、増幅器５０の出力増大に伴う増幅器５０の利得変動も少ない。このように、実施形態１によれば、低中出力域における増幅器５０の利得変動による線形性の劣化を抑制できる。
【００３１】
実施形態１のバイアス回路１０によれば、増幅器５０の出力の増大に伴い、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧が上昇しようとすると、バイポーラトランジスタＱ１のベース端子Ｂ１のバイアス電圧が上昇するため、バイポーラトランジスタＱ１がオン状態となる。さらに、バイポーラトランジスタＱ２のベース端子Ｂ２のバイアス電圧も上昇するため、バイポーラトランジスタＱ２を流れる電流が増加し、バイポーラトランジスタＱ４のコレクタ端子Ｃ４のバイアス電圧（すなわち、バイポーラトランジスタＱ３のベース端子Ｂ３のバイアス電圧）が低下するという負帰還が働く。これらの両作用により、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３の電圧の上昇が抑制される。このように、バイアス回路１０では、増幅器５０の出力の増大に伴うバイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧の上昇を抑制し、ひいては、増幅器５０の非線形動作を改善することができる。また、バイアス回路１０を、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４から構成することにより、バイポーラプロセスによりバイアス回路１０を製造することができる。
【００３２】
図５は、本発明の実施形態２に関わる電力増幅器２００の回路構成を示す説明図である。電力増幅器２００のバイアス回路２０は、ＢｉＦＥＴプロセスにより製造される点において、バイポーラプロセスにより製造される実施形態１のバイアス回路１０とは異なる。ここで、「ＢｉＦＥＴプロセス」とは、バイポーラトランジスタと電界効果トランジスタとを同一基板上に形成する製造プロセスを意味する。また、電界効果トランジスタは、接合形の電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor）でもよく、或いは、絶縁ゲート形の電界効果トランジスタ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）でもよい。以下の説明では、実施形態１，２の相違点を中心に説明し、実施形態１，２に共通する回路素子の説明を省略する。
【００３３】
電力増幅器２００は、ＲＦ信号を増幅する増幅器５０と、増幅器５０にバイアス信号を供給するバイアス回路２０とを備える。バイアス回路２０は、実施形態１のバイアス回路１０のバイポーラトランジスタＱ３，Ｑ４に替えて、電界効果トランジスタＱ５，Ｑ６を備えている。
【００３４】
電界効果トランジスタＱ５（第１の電界効果トランジスタ）のゲート端子Ｇ５（第１のゲート端子）は、電界効果トランジスタＱ６（第２の電界効果トランジスタ）のゲート端子Ｇ６（第２のゲート端子）に接続している。電界効果トランジスタＱ５のソース端子Ｓ５（第１のソース端子）は、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ端子Ｃ１に接続している。電界効果トランジスタＱ５のドレイン端子Ｄ５（第１のドレイン端子）は、電源端子Ｖｂａｔｔに接続している。電界効果トランジスタＱ５のソース端子Ｓ５は、ベースバラスト抵抗素子Ｒ９を通じて、バイポーラトランジスタＱ１０のベース端子Ｂ１０に接続している。
【００３５】
電界効果トランジスタＱ６のゲート端子Ｇ６は、電界効果トランジスタＱ６のドレイン端子Ｄ６（第２のドレイン端子）に接続している。電界効果トランジスタＱ６のドレイン端子Ｄ６は、抵抗素子Ｒ８を通じて定電圧源Ｖｂｉａｓに接続するとともに、キャパシタ素子Ｃ２１を通じてグランドに接地している。電界効果トランジスタＱ６のソース端子Ｓ６（第２のソース端子）は、バイポーラトランジスタＱ２のコレクタ端子Ｃ２に接続している。
【００３６】
バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ端子Ｃ１は、電流経路Ｌ３（第１の電流経路）を通じて電源端子Ｖｂａｔｔに接続している。電流経路Ｌ３は、電流経路Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ３３からなる。電流経路Ｌ３１は、電源端子Ｖｂａｔｔとドレイン端子Ｄ５との間の電流経路である。電流経路Ｌ３２は、ドレイン端子Ｄ５とソース端子Ｓ５との間の電流経路である。電流経路Ｌ３３は、ソース端子Ｓ５とコレクタ端子Ｃ１及び抵抗素子Ｒ７及びベース端子Ｂ１０との間の電流経路である。
【００３７】
同様に、バイポーラトランジスタＱ２のコレクタ端子Ｃ２は、電流経路Ｌ４（第２の電流経路）を通じて定電圧源Ｖｂｉａｓに接続している。電流経路Ｌ４は、電流経路Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ４３からなる。電流経路Ｌ４１は、定電圧源Ｖｂｉａｓとドレイン端子Ｄ６との間の電流経路である。電流経路Ｌ４２は、ドレイン端子Ｄ６とソース端子Ｓ６との間の電流経路である。電流経路Ｌ４３は、ソース端子Ｓ６とコレクタ端子Ｃ２との間の電流経路である。
【００３８】
一対の電界効果トランジスタＱ５，Ｑ６は、カレントミラーとして動作し、電流経路Ｌ３に流れる電流は、電流経路Ｌ４に流れる電流とほぼ同一であるか、又は電流経路Ｌ４に流れる電流に比例する。
【００３９】
実施形態２の電界効果トランジスタＱ５，Ｑ６は、実施形態１のバイポーラトランジスタＱ３，Ｑ４よりも、低い閾値電圧で動作可能である。これにより、電源端子Ｖｂａｔｔ及び定電圧源Ｖｂｉａｓに電源電圧を供給するバッテリの電力消費を低減でき、且つ低電圧で動作可能である。また、電力増幅器２００を搭載する携帯電話などの移動通信端末の通話時間を延長できる。また、実施形態２のバイアス回路２０は、実施形態１のバイアス回路１０と同様の回路構成を有しているため、増幅器５０の非線形動作を改善することもできる。
【００４０】
図７は、本発明の実施形態３に関わる電力増幅器４００の回路構成を示す説明図である。電力増幅器４００のバイアス回路７０は、実施形態１のバイアス回路１０のバイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２及びフィルタ回路４０に替えて、バイポーラトランジスタＱ７，Ｑ８及び抵抗素子Ｒ１３，Ｒ１４を備えている。
【００４１】
バイポーラトランジスタＱ７（第１のバイポーラトランジスタ）のベース端子Ｂ７（第１のベース端子）は、抵抗素子Ｒ１３を通じてバイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３に接続している。バイポーラトランジスタＱ７のコレクタ端子Ｃ７（第１のコレクタ端子）は、抵抗素子Ｒ１４を通じてバイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３に接続している。バイポーラトランジスタＱ７のエミッタ端子Ｅ７（第１のエミッタ端子）は、グランドに接地している。
【００４２】
バイポーラトランジスタＱ８（第２のバイポーラトランジスタ）のベース端子Ｂ８（第２のベース端子）は、バイポーラトランジスタＱ８のコレクタ端子Ｃ８に接続している。バイポーラトランジスタＱ８のコレクタ端子Ｃ８（第２のコレクタ端子）は、バイポーラトランジスタＱ４のエミッタ端子Ｅ４に接続している。バイポーラトランジスタＱ８のエミッタ端子Ｅ８（第２のエミッタ端子）は、グランドに接地している。
【００４３】
抵抗素子Ｒ１３は、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３と、バイポーラトランジスタＱ７のベース端子Ｂ７との間に直列接続されている。抵抗素子Ｒ１４は、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３と、バイポーラトランジスタＱ７のコレクタ端子Ｃ７との間に直列接続されている。
【００４４】
バイアス回路７０においても、バイアス回路１０と同様に、増幅器５０の出力の増大に伴い、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧が上昇しようとすると、抵抗素子Ｒ１３を通じて、バイポーラトランジスタＱ７のベース端子Ｂ７のバイアス電圧が上昇する。これにより、バイポーラトランジスタＱ７がオン状態となる。従って、バイポーラトランジスタＱ７に電流が流れ、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧の上昇が抑制される。
【００４５】
図８は、増幅器の出力とバイアス回路のバイアス電圧との関係を示すグラフである。図８の横軸は、増幅器の出力を示し、図８の縦軸は、バイアス回路のバイアス電圧を示す。符号８０１，８０２は、図６に示す比較例に係る増幅器６０の出力とバイアス回路３０のバイポーラトランジスタＱ１１のベース端子Ｂ１１のバイアス電圧との関係を示す。特に、符号８０１は、ＲＦ信号の周波数が８２４ＭＨｚのときのグラフを示し、符号８０２は、ＲＦ信号の周波数が９１５ＭＨｚであるときのグラフを示す。一方、符号８０３，８０４は、図７に示す実施形態３に係る増幅器５０の出力とバイアス回路７０のバイポーラトランジスタＱ３のベース端子Ｂ３のバイアス電圧との関係を示す。特に、符号８０３は、ＲＦ信号の周波数が８２４ＭＨｚのときのグラフを示し、符号８０４は、ＲＦ信号の周波数が９１５ＭＨｚであるときのグラフを示す。
【００４６】
これらの結果から、図２に示すグラフと同様に、比較例に係る符号８０１，８０２のグラフに比べて、実施形態３に係る符号８０３，８０４のグラフは、増幅器の出力レベルの増加に伴うバイアス回路のベース端子のバイアス電圧の低下がやや急峻であることが分る。
【００４７】
図９は、増幅器の出力とバイアス回路のバイアス電圧との関係を示すグラフである。図９の横軸は、増幅器の出力を示し、図９の縦軸は、バイアス回路のバイアス電圧を示す。符号９０１，９０２は、図６に示す比較例に係る増幅器６０の出力とバイアス回路３０のバイポーラトランジスタＱ１１のエミッタ端子Ｅ１１のバイアス電圧との関係を示す。特に、符号９０１は、ＲＦ信号の周波数が８２４ＭＨｚのときのグラフを示し、符号９０２は、ＲＦ信号の周波数が９１５ＭＨｚであるときのグラフを示す。一方、符号９０３，９０４は、図７に示す実施形態３に係る増幅器５０の出力とバイアス回路７０のバイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧との関係を示す。特に、符号９０３は、ＲＦ信号の周波数が８２４ＭＨｚのときのグラフを示し、符号９０４は、ＲＦ信号の周波数が９１５ＭＨｚであるときのグラフを示す。
【００４８】
これらの結果から、実施形態３に係る符号９０３，９０４のグラフは、低中出力域においては、増幅器５０の出力の増大に伴い、緩やかに低下していることが分る。また、実施形態３に係る符号９０３，９０４のグラフは、高出力域においては上昇に転じているものの、比較例に係る符号９０１，９０２のグラフに比べれば、電圧の上昇が抑制されていることが分る。これは、電力増幅器１００と同様に、増幅器５０の出力の増大に伴い、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧が上昇しようとすると、抵抗素子Ｒ１３を通じてバイポーラトランジスタＱ７のベース端子Ｂ７のバイアス電圧も上昇する。これにより、バイポーラトランジスタＱ７がオン状態になることで、比較例に比べてバイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧の上昇が抑制されることに起因している。
【００４９】
図１０は、増幅器の出力と利得との関係を示すグラフである。図１０の横軸は増幅器の出力を示し、図１０の縦軸は増幅器の利得を示す。符号１００１，１００２は、図６に示す比較例に係る増幅器６０の出力と利得との関係を示す。特に、符号１００１は、ＲＦ信号の周波数が８２４ＭＨｚのときのグラフを示し、符号１００２は、ＲＦ信号の周波数が９１５ＭＨｚであるときのグラフを示す。符号１００３，１００４は、図７に示す実施形態３に係る増幅器５０の出力と利得との関係を示す。特に、符号１００３は、ＲＦ信号の周波数が８２４ＭＨｚのときのグラフを示し、符号１００４は、ＲＦ信号の周波数が９１５ＭＨｚであるときのグラフを示す。
【００５０】
符号１００３，１００４のグラフに示すように、増幅器５０の出力増大に伴う増幅器５０の利得の変動は、増幅器６０の出力増大に伴う増幅器６０の利得の変動よりも少ない。これは、符号９０３，９０４のグラフに示すように、増幅器５０の出力が増大しても、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧の変動が少ないことに起因している。このように、実施形態３によれば、実施形態１と同様に、低中出力域における増幅器５０の利得変動による線形性の劣化を抑制することができる。
【００５１】
実施形態３のバイアス回路７０によれば、増幅器５０の出力の増大に伴い、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧が上昇しようとすると、バイポーラトランジスタＱ７のベース端子Ｂ７のバイアス電圧が上昇するため、バイポーラトランジスタＱ７がオン状態となる。これにより、実施形態１と同様に、増幅器５０の出力の増大に伴う、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子Ｅ３のバイアス電圧の上昇を抑制し、ひいては、増幅器５０の非線形動作を改善することができる。また、バイアス回路７０は、バイポーラトランジスタＱ２，Ｑ４を含む負帰還を構成するバイアス回路１０に比べて、より簡素な構成により製造することができる。
【００５２】
なお、図７に示すバイアス回路７０は、図５に示すバイアス回路２０と同様に、バイポーラトランジスタＱ３，Ｑ４に替えて電界効果トランジスタを備えた構成であってもよい。また、バイアス回路７０は、抵抗素子Ｒ１４を備えていなくてもよい。
【００５３】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。実施形態が備える各回路素子及びその配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、「回路素子Ａが回路素子Ｂに接続する」とは、回路素子Ａが回路素子Ｂに直接接続している場合のみならず、回路素子Ａと回路素子Ｂとの間に回路素子Ｃ（例えば、スイッチ素子）を経由して信号経路が選択的に確立され得る場合も含まれるものとする。また、実施形態が備える各回路素子は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５４】
１０，２０，３０，７０…バイアス回路
４０…フィルタ回路
５０，６０…増幅器
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ７，Ｑ８…バイポーラトランジスタ
Ｑ５，Ｑ６…電界効果トランジスタ
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…電流経路
１００，２００，３００，４００…電力増幅器
【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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【図９】
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【図１０】
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