(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタ接地されたパワートランジスタのベースに、エミッタフォロワ動作する第１のトランジスタのエミッタ出力電圧を印加することで、前記パワートランジスタのコレクタ静止電流を制御可能に構成されてなる電力増幅器であって、
コレクタに第１の抵抗器が、エミッタに第２の抵抗器が、それぞれ直列接続される一方、ベースに第３の抵抗器がシャント接続されると共に、第１のダイオードのカソードが接続された第２のトランジスタが設けられ、前記第１のダイオードのアノードと前記第１の抵抗器の他端は相互に接続されて参照電圧が印加可能とされ、
前記第２のトランジスタのコレクタの出力電圧が前記第１のトランジスタのベースに印加され、
前記第２の抵抗器により前記第２のトランジスタのコレクタ電流を一定に保持可能とする電流帰還が形成されてなることを特徴とする電力増幅器。
【請求項２】
前記第１のトランジスタのエミッタに、第２のダイオードが接地側をカソードとする向きにシャント接続されてなることを特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅器に係り、特に、バイポーラトランジスタを用いた電力増幅器におけるコレクタ静止電流の安定化等を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信技術の進歩により、高速無線データ通信が手軽に利用可能となり、その応用範囲は、当初の携帯電話、モバイルＰＣといった携帯端末から、自動販売機、スマートメータ等の無人端末へと多岐に広がりつつある。無線通信端末が屋外で使用される場合、温度変動は屋内と比べ大きくなり、また、その温度変動は携帯端末よりも無人端末のほうが大きい。また、自動車は、装置自らが発熱することから、無線通信端末の設置箇所によってはさらに高温動作が要求される環境にある。
【０００３】
上述のような無線通信端末用の電力増幅器としては、ガリウム砒素(ＧａＡｓ)ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(ＨＢＴ)やシリコンゲルマニウム(ＳｉＧｅ)ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を用いたエミッタ接地バイポーラトランジスタ電力増幅器がよく利用される。電力増幅器は、雰囲気温度の変動により、電力利得、ひずみ特性等が変化する。高速無線データ通信用の電力増幅器は、高効率、低ひずみを両立させるために、一般にＡＢ級動作とされる。このＡＢ級動作は、わずかなＤＣバイアスの変化で、エミッタ接地トランジスタの動作点が大きく移動するという性質を有するものである。この動作点の移動は、効率、ひずみ特性の両立を妨げるため、温度変動に対して電力増幅器の動作点が安定であることは非常に重要なことである。
【０００４】
より具体的には、温度変動に対してエミッタ接地トランジスタのコレクタ静止電流Ｉｃｑが安定であることが重要である。また、同時に、エミッタ接地トランジスタに印加する外部電源の電圧変動に対してもコレクタ静止電流が安定であることが必要である。
ここで、エミッタ接地バイポーラトランジスタにおけるコレクタ電流Ｉｃｃの安定化の基本概念について述べることとする。
エミッタ接地トランジスタのコレクタ電流は、ベース電圧印加により生ずるベース電流を電流増幅率β倍した分だけ流れる。したがって、エミッタ接地トランジスタのコレクタ電流は、ベース・エミッタ間ダイオードのＩ−Ｖ特性に比例する。
【０００５】
また、ＧａＡｓ  ＨＢＴのベース・エミッタ間ダイオードの立ち上がり電圧Ｖｆは、室温で約１．３Ｖであり、−１．６ｍＶ／℃の温度係数を有している。これらの事実から、エミッタ接地トランジスタのコレクタ電流を安定化させるには、一定温度下での外部電源の電圧変動に対して、ベース電圧が一定に保たれると共に、温度変動に対しては、ベース・エミッタ間ダイオードの立ち上がり電圧の温度変化に応じてベース電圧を上昇、又は、降下させる必要がある。
しかし、現実には、温度変動時にベース・エミッタ間ダイオードの立ち上がり電圧以外のパラメータも同時に変化するため、実際の回路構成においては、ベース電圧の変動幅を適宜調整する必要がある。
【０００６】
エミッタ接地バイポーラトランジスタ電力増幅器のコレクタ静止電流Ｉｃｑは、エミッタ接地トランジスタのベースに接続されたベースバイアス回路により制御されるのが一般的である。ひずみ特性に悪影響を及ぼす低周波インピーダンスを低めるため、一般的にベースバイアス回路には、エミッタフォロワが用いられる。
そして、コレクタ静止電流は、エミッタフォロワトランジスタのベース電圧を可変することで、間接的に制御できる。通常、上述のエミッタフォロワトランジスタのベースには、外部電源の電圧変動に対してコレクタ静止電流を安定化させるため、定電圧出力回路が接続される。この定電圧出力回路は、温度変化に対してコレクタ静止電流を安定化させるため、温度に応じて出力電圧を、上昇、降下させる温度補償機能も有する。なお、以下の説明において、このような温度補償機能を有する定電圧出力回路を温度補償回路と称することとする。
【０００７】
次に、典型的なＧａＡｓ  ＨＢＴ電力増幅器のベースバイアス回路例について、図４を参照しつつ説明する。
まず、エミッタ接地されたパワートランジスタ１０１Ａは、ベースに印加された高周波入力信号をコレクタに増幅出力するものとなっている。
そして、パワートランジスタ１０１Ａのベースバイアスは、エミッタフォロワトランジスタ１０２Ａのエミッタ出力から抵抗器３０１Ａを介して供給されるようになっている。
【０００８】
また、同時に、エミッタフォロワトランジスタ１０２Ａのエミッタ出力は、エミッタフォロワ負荷抵抗器３０２Ａに対しても電流供給を行うことで、エミッタフォロワ出力インピーダンスをより低めるよう機能している。
このようなベースバイアスが供給されることにより、パワートランジスタ１０１Ａではベース電圧Ｖ２が生じ、かつ、コレクタ電流Ｉｃｃが流れることとなる。
そして、パワートランジスタ１０１Ａのベースに信号入力が無い状態におけるコレクタ電流は、コレクタ静止電流Ｉｃｑと称される。
【０００９】
ところで、エミッタフォロワトランジスタ１０２Ａのベース側には、温度補償回路７が設けられており、エミッタフォロワトランジスタ１０２Ａのベースには、温度補償回路７Ａからの定電圧出力Ｖ１が印加されるようになっている。
かかる温度補償回路７Ａは、抵抗器３０３Ａと直列２段ダイオード２０１Ａ，２０２Ａが、外部から参照電圧が印加される参照電圧端子５Ａとグランドとの間に直列接続されて構成されたものとなっている。
【００１０】
直列２段ダイオード２０１Ａ，２０２Ａは、ＧａＡｓ  ＨＢＴのベース・エミッタ接合を利用したｐｎダイオードとなっており、温度補償効果を得るために、パワートランジスタ１０１Ａ、及び、エミッタフォロワトランジスタ１０２Ａのベース・エミッタ間ダイオードと対をなしている。
かかる直列２段ダイオード２０１Ａ，２０２Ａは、共に、抵抗器３０３Ａ側をアノード、接地側をカソードとする向きに接続されたものとなっている。
そして、抵抗器３０３Ａと第１のダイオード２０１Ａとの相互の接続点から、参照電圧端子５Ａに印加される電圧を利用して得られる出力電圧Ｖ１がエミッタフォロワトランジスタ１０２Ａのベースに印加されるようになっている。
【００１１】
かかる構成の温度補償回路７Ａは、参照電圧端子５Ａに接地電圧を印加することで、電力増幅器の消費電流を無くす、いわゆるシャットダウン機能も兼ね備えたものとなっている。
また、参照電圧変動時において、出力電圧Ｖ１は、直列２段ダイオード２０１Ａ，２０２Ａの立ち上がり電圧である２×Ｖｆ、すなわち、約２．６Ｖでクリップされるため、パワートランジスタ１０１Ａのコレクタ電流Ｉｃｃは安定化される。さらに、温度変動時に直列２段ダイオード２０１Ａ，２０２Ａの立ち上がり電圧Ｖｆの温度依存性により、出力電圧Ｖ１を上昇、降下させることでパワートランジスタ１０１Ａのコレクタ電流Ｉｃｃの安定化が図られるようになっている。
【００１２】
図６には、上述の従来回路における参照電圧変動、温度変動に対するコレクタ電流Ｉｃｃ特性等のシミュレーション結果が示されており、以下、同図について説明する。
シミュレーションの前提条件として、パワートランジスタ１０１Ａのエミッタ面積を約７５００μｍ２とし、コレクタ静止電流Ｉｃｑは、１４５ｍＡ±１０ｍＡを許容範囲とした。また、パワートランジスタ１０１Ａのコレクタに印加される電圧を３．３Ｖ、エミッタフォロワトランジスタ１０２Ａのコレクタに印加されるバイアス電圧を３．３Ｖ、参照電圧端子５Ａに印加される参照電圧Ｖｒｅｆを２．８５Ｖとした。
【００１３】
また、図６（Ａ）において、横軸は参照電圧Ｖｒｅｆを、縦軸はパワートランジスタ１０１Ａのコレクタ電流Ｉｃｃを、それぞれ示しており、図６（Ｂ）において、横軸は参照電圧Ｖｒｅｆを、縦軸はパワートランジスタ１０１Ａのベース電圧Ｖ２及び温度補償回路７Ａの出力電圧Ｖ１を、それぞれ示しており、図６（Ｃ）において、横軸は温度を、縦軸はパワートランジスタ１０１Ａのコレクタ電流Ｉｃｃを、それぞれ示している。
【００１４】
まず、図６（Ｂ）において、実線の特性線は、参照電圧Ｖｒｅｆの変化に対する温度補償回路７Ａの出力電圧Ｖ１の変化を表したもので、温度−３０℃、＋２５℃、＋８０℃の３つの温度における特性線が、それぞれ示されている。
また、図６（Ｂ）において、点線の特性線は、参照電圧Ｖｒｅｆの変化に対するパワートランジスタ１０１Ａのベース電圧Ｖ２の変化を表したもので、温度−３０℃、＋２５℃、＋８０℃の３つの温度における特性線が、それぞれ示されている。
無線通信端末においては、そのシステム制約上、参照電圧は３Ｖ程度しか確保できないため、温度補償回路７Ａの出力電圧Ｖ１の定電圧化に寄与する抵抗器３０３Ａの抵抗値を十分高く設定することができない。
【００１５】
その結果、参照電圧変動に対して出力電圧Ｖ１が傾きを持つこととなり、コレクタ電流Ｉｃｃは安定化されない（図６（Ａ）参照）。
図６（Ｃ）は、参照電圧を２．８５Ｖに固定した状態における温度に対するコレクタ電流特性を表したものである。
抵抗器３０３Ａの抵抗値が低いことから出力電圧Ｖ１の変動幅が不足し、コレクタ電流が安定な温度範囲は、＋１７．５℃〜＋３２．５℃と非常に狭い範囲となっている。
【００１６】
このように、図４に示された従来の温度補償回路は、コレクタ静止電流Ｉｃｑの安定性が低く、無線通信端末用の電力増幅器としての性能は不十分なため、これまで、様々なベースバイアス回路が提案されている（例えば、特許文献１乃至特許文献３等参照）。
例えば、特許文献１や特許文献２等に開示されたベースバイアス回路は、図４に示された従来回路と比較し、参照電圧変動、温度変動に対するコレクタ静止電流の安定性が格段に向上されている。
【００１７】
しかし、これらのベースバイアス回路も、温度補償回路の理想動作が実現されている訳ではない。その原因は、温度補償回路の基本要素として、直列２段ダイオードや単純なカレントミラー回路が未だに利用されているためである。このため、参照電圧の電圧精度は、±５％の高精度が要求されることとなる。また、高温時にコレクタ電流Ｉｃｃが単調増加する傾向は依然として変わらないため、パワートランジスタの自己発熱による熱不安定をベースバイアス回路によって本質的に防止することができない。このことから、より過酷な条件での無線通信端末の運用を可能とするため、ベースバイアス回路の動作改良は重要であり、尚も種々の検討、提案がなされている。
【００１８】
次に、特許文献３に示されたベースバイアス回路について、図５を参照しつつ説明する。なお、図４に示された構成例における構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
このベースバイアス回路は、高温時にコレクタ電流Ｉｃｃが単調増加しない工夫がなされたものである。
【００１９】
温度補償回路７Ｂにおいて、参照電圧端子５Ａとグランドとの間に、抵抗器３０３Ａ、直列２段ダイオード２０１Ａ，２０２Ａが、直列に設けられる点は、図４に示された構成例と同様である。
参照電圧端子５Ａには、さらに、抵抗器３０４Ａの一端が接続され、その他端は、インバータ回路としてのエミッタ接地トランジスタ１０３Ａのコレクタに接続されて、エミッタ接地トランジスタ１０３Ａのベースは、ダイオード２０１Ａとダイオード２０２Ａの相互の接続点に接続されたものとなっている。そして、エミッタ接地トランジスタ１０３Ａのコレクタに温度補償回路７Ｂの出力電圧Ｖ１を得る構成となっている。
【００２０】
直列２段ダイオード２０１Ａ，２０２Ａは、温度補償効果を得るため、パワートランジスタ１０１Ａ、及び、エミッタフォロワトランジスタ１０２Ａのベース・エミッタ間ダイオードと対をなしている。
かかる温度補償回路７Ｂは、参照電圧を直列２段ダイオード２１０Ａ，２０２Ａでレベルシフトさせた電圧を、エミッタ接地トランジスタ１０３Ａのベースに入力することでインバータ回路（エミッタフォロワトランジスタ１０３Ａ）のオン・オフ切替動作を得ることができるものとなっている。
【００２１】
かかる構成において、参照電圧変動時に、インバータ回路がオフ状態を保つことのできる参照電圧範囲において、出力電圧Ｖ１は、参照電圧が抵抗器３０４Ａを介して直接出力されるのに対して、参照電圧の上昇により、インバータ回路がオン状態へ遷移を開始すると、抵抗器３０４Ａでの電圧降下によって出力電圧Ｖ１が低下するため、パワートランジスタ１０１Ａのコレクタ電流Ｉｃｃは減少する。
【００２２】
また、温度変動時において、エミッタ接地トランジスタ１０３Ａのコレクタ電流が増減することで抵抗器３０４Ａによる電圧降下が変化し、出力電圧Ｖ１は上昇、降下するため、パワートランジスタ１０１Ａのコレクタ電流Ｉｃｃは安定化される。仮に、高温時のエミッタ接地トランジスタ１０３Ａのコレクタ電流が増加しても、抵抗器３０４Ａでの電圧降下により出力電圧Ｖ１は降下するため、パワートランジスタ１０１Ａのコレクタ電流Ｉｃｃは減少し、図４に示された回路と異なり高温時に単調増加することはない。
【００２３】
図７には、図５に示された回路例における参照電圧変動、温度変動に対するコレクタ電流Ｉｃｃ特性等のシミュレーション結果が示されており、以下、同図について説明する。
シミュレーションの前提条件は、先の図６に示されたシミュレーションと同一である。なお、ここでは、コレクタ電流の温度変動を最小とするよう回路定数を最適化した。
図７（Ｂ）において、実線の特性線は、参照電圧Ｖｒｅｆの変化に対する温度補償回路７Ｂの出力電圧Ｖ１の変化を表したもので、温度−３０℃、＋２５℃、＋８０℃の３つの温度における特性線が、それぞれ示されている。
【００２４】
また、図７（Ｂ）において、点線の特性線は、参照電圧Ｖｒｅｆの変化に対するパワートランジスタ１０１Ａのベース電圧Ｖ２の変化を表したもので、温度−３０℃、＋２５℃、＋８０℃の３つの温度における特性線が、それぞれ示されている。
先の図４に示された回路例においては、参照電圧の増加に対して出力電圧Ｖ１は、単調増加であったが（図６（Ｂ）参照）、図５に示された回路例では、参照電圧の増加に対して出力電圧Ｖ１は、上に凸の曲線を描き、コレクタ電流も同様の特性となる（図７（Ｂ）、図７（Ａ）参照）。
【００２５】
図７（Ｃ）は、参照電圧を２．８５Ｖに固定した状態における温度に対するコレクタ電流特性を表したものである。
温度変動に対しても、上述の参照電圧の変動の場合同様に、コレクタ電流は上に凸の曲線を描き、コレクタ電流が安定な温度範囲は、−３５℃〜＋１１０℃と、図４に示された回路例の場合に比して、格段に拡大されたものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】特許第４２８７１９０号公報（第３−６頁、図１−図３）
【特許文献２】特開２００６−３０４１７８号公報（第５−１０頁、図１−図８）
【特許文献３】特許第４０７４２６０号公報（第４−６頁、図１−図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
しかしながら、図５に示された温度補償回路は、高温時にパワートランジスタのコレクタ電流Ｉｃｃが単調増加しない利点はあるものの、直列２段ダイオードのレベルシフト電圧が本質的に参照電圧変動に対して定電圧を保持できないことは図４に示された回路例から明らかである。
また、直列２段ダイオードのレベルシフト電圧が定電圧を保持できなければ、温度補償回路７Ｂの出力電圧Ｖ１も定電圧を保持できず、コレクタ静止電流Ｉｃｑは安定化されないという問題がある。
【００２８】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、温度補償回路に印加される参照電圧の変動や温度変動に対して、従来回路に比して、コレクタ静止電流のさらなる安定化を図ることのできる電力増幅器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る電力増幅器は、
エミッタ接地されたパワートランジスタのベースに、エミッタフォロワ動作する第１のトランジスタのエミッタ出力電圧を印加することで、前記パワートランジスタのコレクタ静止電流を制御可能に構成されてなる電力増幅器であって、
コレクタに第１の抵抗器が、エミッタに第２の抵抗器が、それぞれ直列接続される一方、ベースに第３の抵抗器がシャント接続されると共に、第１のダイオードのカソードが接続された第２のトランジスタが設けられ、前記第１のダイオードのアノードと前記第１の抵抗器の他端は相互に接続されて参照電圧が印加可能とされ、
前記第２のトランジスタのコレクタの出力電圧が前記第１のトランジスタのベースに印加され、
前記第２の抵抗器により前記第２のトランジスタのコレクタ電流を一定に保持可能とする電流帰還が形成されてなるものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、温度補償回路を構成した電流帰還バイアス回路を用いたエミッタ接地トランジスタを、エミッタフォロワ動作でエミッタ出力電圧をパワートランジスタのベースに印加するよう設けられたトランジスタのベースバイアスに用いるよう構成したので、参照電圧変動、温度変動に対してパワートランジスタのコレクタ静止電流が従来に比して確実に安定化でき、より信頼性、安定性の高い電力増幅器を提供することができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態における電力増幅器の第１の構成例を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態における電力増幅器の第２の構成例を示す図である。
【図３】図２に示された第２の構成例の電力増幅器における参照電圧変動、温度変動に対するパワートランジスタのコレクタ電流Ｉｃｃ及びベース電圧Ｖ２、並びに、温度補償回路の出力電圧Ｖ１の特性に関するシミュレーション結果を示す特性線図であり、図３（Ａ）は参照電圧変動に対するパワートランジスタのコレクタ電流Ｉｃｃの変化を示す特性線図、図３（Ｂ）は参照電圧変動に対するパワートランジスタのベース電圧Ｖ２及び温度補償回路の出力電圧Ｖ１の変化を示す特性線図、図３（Ｃ）は温度変動に対するパワートランジスタのコレクタ電流Ｉｃｃの変化を示す特性線図である。
【図４】従来の電力増幅器の第１の構成例を示す回路図である。
【図５】従来の電力増幅器の第２の構成例を示す回路図である。
【図６】図４に示された電力増幅器における参照電圧変動、温度変動に対するパワートランジスタのコレクタ電流Ｉｃｃ及びベース電圧Ｖ２、並びに、温度補償回路の出力電圧Ｖ１の特性に関するシミュレーション結果を示す特性線図であり、図６（Ａ）は参照電圧変動に対するパワートランジスタのコレクタ電流Ｉｃｃの変化を示す特性線図、図６（Ｂ）は参照電圧変動に対するパワートランジスタのベース電圧Ｖ２及び温度補償回路の出力電圧Ｖ１の変化を示す特性線図、図６（Ｃ）は温度変動に対するパワートランジスタのコレクタ電流Ｉｃｃの変化を示す特性線図である。
【図７】図５に示された電力増幅器における参照電圧変動、温度変動に対するパワートランジスタのコレクタ電流Ｉｃｃ及びベース電圧Ｖ２、並びに、温度補償回路の出力電圧Ｖ１の特性に関するシミュレーション結果を示す特性線図であり、図７（Ａ）は参照電圧変動に対するパワートランジスタのコレクタ電流Ｉｃｃの変化を示す特性線図、図７（Ｂ）は参照電圧変動に対するパワートランジスタのベース電圧Ｖ２及び温度補償回路の出力電圧Ｖ１の変化を示す特性線図、図７（Ｃ）は温度変動に対するパワートランジスタのコレクタ電流Ｉｃｃの変化を示す特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態の電力増幅器の第１の構成例について、図１を参照しつつ説明する。
この電力増幅器は、パワートランジスタ１０１と、ベースバイアス回路として機能するエミッタフォロワトランジスタ（第１のトランジスタ）１０２と、温度補償回路７とに大別されて構成されたものとなっている。なお、本発明の実施の形態におけるトランジスタは、全てｎｐｎ型バイポーラトランジスタが用いられたものとなっている。
【００３３】
高周波入力信号の電力増幅を行うパワートランジスタ１０１のベースには、外部から高周波入力信号が印加される高周波入力端子１が接続される一方、エミッタはグランドに接続されたものとなっている。また、パワートランジスタ１０１のコレクタには、高周波出力端子２及びコレクタ電源端子３が接続されており、コレクタ電源端子３には、外部からコレクタ電圧が印加され、高周波出力端子３には増幅出力が得られるようになっている。
【００３４】
エミッタフォロワトランジスタ１０２は、コレクタにバイアス電源端子４が接続されて、外部からバイアス電圧が印加されるようになっている一方、エミッタは、エミッタ抵抗器３０１を介してパワートランジスタ１０１のベースに接続されたものとなっている。
また、エミッタフォロワトランジスタ１０２のベースは、温度補償回路７の定電圧出力端子６に接続されて出力電圧Ｖ１が印加されるようになっている。
【００３５】
温度補償回路７は、エミッタ接地トランジスタ（第２のトランジスタ）１０３と、ダイオード２０３と、温度補償回路用第１乃至第３の抵抗器３０４〜３０６を用いて構成されたものとなっている。
かかる温度補償回路７は、電流帰還バイアス回路を用いたエミッタ接地トランジスタ１０３のベース側にレベルシフトのためのダイオード２０３が設けられた構成となっているものである。
【００３６】
エミッタ接地トランジスタ１０３は、そのコレクタが温度補償回路用第１の抵抗器３０４を介して参照電圧端子５に接続されると共に、定電圧出力端子６に接続される一方、エミッタは温度補償回路用第１の抵抗器３０５を介してグランドに接続されたものとなっている。
また、エミッタ接地トランジスタ１０３のベースは、温度補償回路用第３の抵抗器３０６を介してグランドに接続、すなわち、シャント接続されると共に、ダイオード２０３のカソードが接続されている。そして、ダイオード２０３のアノードは、参照電圧端子５に接続されている。
【００３７】
本発明の実施の形態において、ダイオード２０３は、コレクタとベースが相互に接続され、いわゆるダイオード接続状態とされたｎｐｎ型バイポーラトランジスタを用いたものとなっている。すなわち、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタのコレクタとベースは、参照電圧端子５に接続される一方、エミッタは、エミッタ接地トランジスタ１０３のベースに接続されたものとなっている。
【００３８】
次に、かかる構成における動作について説明する。
まず、参照電圧端子５に印加された参照電圧Ｖｒｅｆは、ダイオード２０３でレベルシフトされ、かつ、温度補償回路用第３の抵抗器３０６による分圧により得られた電圧が、エミッタ接地トランジスタ１０３のベースに入力される。
一方、ダイオード２０３、及び、エミッタ接地トランジスタ１０３のベース・エミッタ間ダイオードは、温度補償効果を得るため、パワートランジスタ１０１、及び、エミッタフォロワトランジスタ１０２のベース・エミッタ間ダイオードと対をなすものとなっている。
【００３９】
参照電圧が変動した場合、エミッタ接地トランジスタ１０３がオフ状態である参照電圧範囲においては、温度補償回路用第１の抵抗器３０４を介して参照電圧が出力電圧Ｖ１として直接出力されることとなる。
これに対して、参照電圧が上昇してエミッタ接地トランジスタ１０３がオン状態となると、温度補償回路用第２の抵抗器３０５の電流帰還効果によりエミッタ接地トランジスタ１０３のコレクタ電流は、一定を保持しようとするため、温度補償回路用第１の抵抗器３０４による電圧降下の変化が抑制され、出力電圧Ｖ１は定電圧に近づくこととなる。この際、エミッタ接地トランジスタ１０３のベース・エミッタ間電圧も定電圧が保持されている。
その結果、パワートランジスタ１０１のコレクタ電流Ｉｃｃは安定化されることとなる。
【００４０】
一方、温度変動時は、エミッタ接地トランジスタ１０３のコレクタ電流が増減することで、温度補償回路用第１の抵抗器３０４による電圧降下が変化し、出力電圧Ｖ１は上昇、降下するため、パワートランジスタ１０１のコレクタ電流Ｉｃｃは安定化される。
仮に、高温時のエミッタ接地トランジスタ１０３のコレクタ電流が増加しても、温度補償回路用第１の抵抗器３０４での電圧降下により出力電圧Ｖ１は降下するため、パワートランジスタ１０１のコレクタ電流Ｉｃｃは減少し、従来と異なり、高温時に単調増加することはない。
【００４１】
さらに、パワートランジスタ１０１のコレクタ電流Ｉｃｃが増加する際、エミッタフォロワトランジスタ１０２のベース電流、及び、エミッタ接地トランジスタ１０３のコレクタ電流も同時に増加することから、温度補償回路用第１の抵抗器３０５の電流帰還効果をパワートランジスタ１０１のコレクタ電流Ｉｃｃに対して間接的に作用させることができるものとなっており、そのため、パワートランジスタ１０１の自己発熱によりパワートランジスタ１０１とベースバイアス回路とで温度差が生じる場合においても、コレクタ電流は安定化される。
【００４２】
次に、本発明の実施の形態の電力増幅器の第２の構成例について、図２を参照しつつ説明する。
なお、図１に示された構成例と同一の構成例については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この第２の構成例は、エミッタフォロワトランジスタ１０２のエミッタとグランドとの間に、いわゆるダイオード接続されたｎｐｎ型のバイポーラトランジスタを用いたエミッタフォロワ負荷ダイオード２０４が接続された点を除けば、他の構成部分は図１に示された構成例と同一である。
【００４３】
かかる構成において、エミッタフォロワ負荷ダイオード２０４は、エミッタフォロワトランジスタ１０２の出力インピーダンスをより低下せしめる作用をなすものである。
パワートランジスタ１０１のベース電圧Ｖ２は、ベースバイアス回路の温度補償機能により、温度変動に応じて上昇、降下する。したがって、エミッタフォロワ負荷として抵抗器を用いる場合、温度変動時にエミッタフォロワ負荷を流れる電流が変化する。
【００４４】
一方、エミッタフォロワ負荷として、ベース・エミッタ間ダイオードを用いれば、ダイオードの立ち上がり電圧Ｖｆの温度係数がパワートランジスタ１０１のそれと一致するため、温度変動時にエミッタフォロワ負荷を流れる電流は一定となる。
先に図１に示された構成例において述べたように、温度補償回路用第１の抵抗器３０５の電流帰還効果が、エミッタフォロワトランジスタ１０２の動作電流に作用するため、温度変動時にエミッタフォロワ負荷に流れる電流が変化すると、パワートランジスタ１０１のベース電流が増減し、コレクタ電流Ｉｃｃも増減することになる。この現象は、特に、図１に示された本発明の実施の形態における電力増幅器において、より顕著に現れるため、エミッタフォロワトランジスタ１０２の出力インピーダンスを、より低下せしめるエミッタフォロワ負荷として、エミッタフォロワ負荷ダイオード２０４を用いる意義は大きい。
【００４５】
図３には、図２に示された本発明の実施の形態の電力増幅器の第２の構成例について、参照電圧変動、温度変動に対するパワートランジスタのコレクタ電流Ｉｃｃ及びベース電圧Ｖ２、並びに、温度補償回路７の出力電圧Ｖ１の特性に関するシミュレーション結果が示されており、以下、同図について説明する。
まず、図３（Ａ）において、横軸は参照電圧Ｖｒｅｆを、縦軸はパワートランジスタ１０１のコレクタ電流Ｉｃｃを、それぞれ示しており、図３（Ｂ）において、横軸は参照電圧Ｖｒｅｆを、縦軸はパワートランジスタ１０１のベース電圧Ｖ２及び温度補償回路７の出力電圧Ｖ１を、それぞれ示しており、図３（Ｃ）において、横軸は温度を、縦軸はパワートランジスタ１０１のコレクタ電流Ｉｃｃを、それぞれ示している。
【００４６】
シミュレーションの前提条件は、図６に示された従来回路のシミュレーション条件と基本的に同一であり、具体的には、パワートランジスタ１０１のエミッタ面積を約７５００μｍ２とし、コレクタ静止電流Ｉｃｑは、１４５ｍＡ±１０ｍＡを許容範囲とした。また、パワートランジスタ１０１のコレクタに印加される電圧を３．３Ｖ、エミッタフォロワトランジスタ１０２のコレクタに印加されるバイアス電圧を３．３Ｖ、参照電圧端子５に印加される参照電圧Ｖｒｅｆを２．８５Ｖとした。なお、ここで、コレクタ電流の参照電圧変動、及び、温度変動が共に良好となるように回路定数の最適化を行った。
【００４７】
かかる前提の下、最初に、図３（Ｂ）において、実線の特性線は、参照電圧Ｖｒｅｆの変化に対する温度補償回路７Ａの出力電圧Ｖ１の変化を表したもので、温度−３０℃、＋２５℃、＋８０℃の３つの温度における特性線が、それぞれ示されている。また、図３（Ｂ）において、点線の特性線は、参照電圧Ｖｒｅｆの変化に対するパワートランジスタ１０１のベース電圧Ｖ２の変化を表したもので、温度−３０℃、＋２５℃、＋８０℃の３つの温度における特性線が、それぞれ示されている。
従来回路、例えば、図５に示されたような回路においては、参照電圧増加に対して出力電圧Ｖ１は上に凸の曲線を描くのに対して（図７参照）、本発明の実施の形態における電力増幅器の第２の構成例では、参照電圧増加に対して出力電圧Ｖ１は、途中まで増加しつつも、最終的には一定値に近づき、コレクタ電流も同様となっている。
【００４８】
図３（Ｃ）は、参照電圧を２．８５Ｖに固定した状態における温度に対するコレクタ電流特性を表したものである。
温度変動に対してコレクタ電流は、上に凸の曲線を描き、コレクタ電流が安定な温度範囲は、−３０℃〜＋１５０℃と、従来回路（図５参照）に比して拡大されたものとなっている。
なお、図１に示された回路においても、エミッタフォロワトランジスタ１０２の動作電流を変更するために、温度補償回路用第３の抵抗器３０６を調整することで、図２に示された第２の構成例と同等の特性を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
コレクタ静止電流の確実な安定化が可能に構成されており、参照電圧や温度変動の過酷な条件下で使用される無線通信端末の電力増幅器に適用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１０１…パワートランジスタ
１０２…エミッタフォロワトランジスタ
１０３…エミッタ接地トランジスタ
２０３…ダイオード
【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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