(57)【要約】【課題】チップ面積が小さくて済み、かつ、電力増幅用トランジスタのコレクタ電流の温度特性をフラットにできるバイアス回路を提供する。【解決手段】第１の抵抗器１１を流れる電流の減少により第１のバイアス回路用トランジスタ２のベース電流が減少しようとすると、第２及び第３のバイアス回路用トランジスタ３，４のベース電流も共に減少し、第３のバイアス回路用トランジスタ４のコレクタ電流の減少を招き、第１のバイアス回路用トランジスタ２のベース電流の減少が補償される一方、第１のバイアス回路用トランジスタ２のベース電流が増加しようとすると、第２及び第３のバイアス回路用トランジスタ３，４のベース電流も増加し、第３のバイアス回路用トランジスタ４のコレクタ電流の増加を招き、第１のバイアス回路用トランジスタ２のベース電流の増加が抑圧されるようになっている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力増幅器を構成するｎｐｎ型バイポーラトランジスタのベースへバイアス電流を供給する電力増幅器用バイアス回路であって、
第１乃至第３のバイアス回路用トランジスタを有し、前記第１のバイアス回路用トランジスタは、そのエミッタが前記電力増幅器のｎｐｎ型バイポーラトランジスタのベースに接続される一方、そのベースが、前記第２のバイアス回路用トランジスタのベース及び前記第３のバイアス回路用トランジスタのコレクタと相互に接続されると共に第１の抵抗器を介して、前記第１及び第２のバイアス回路用トランジスタのコレクタと共に電源電圧が印加されるよう設けられ、
前記第２のバイアス回路用トランジスタのエミッタとグランドとの間には、第２及び第３の抵抗器が直列接続され、前記第２及び第３の抵抗器の相互の接続点は、前記第３のバイアス回路用トランジスタのベースに接続され、前記第３のバイアス回路用トランジスタのエミッタは、第４の抵抗器を介してグランドに接続されるよう構成されてなることを特徴とする電力増幅器用バイアス回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力増幅器のバイアス回路に係り、特に、マイクロ波等の高周波信号の電力増幅器のバイアス回路であって、温度特性の改善等を図ったものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、携帯電話等のいわゆる移動体通信機などにおいて無線周波数信号の電力増幅を行う電力増幅器とそのバイアス回路としては、図３に示されたようなものが公知・周知となっている（非特許文献１参照）。
以下、同図を参照しつつこの従来回路について概括的に説明すれば、この従来回路は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタによる電力増幅用トランジスタ３１を用いて電力増幅器５１が構成されており、そのベースに被増幅信号が入力され、電力増幅用トランジスタ３１による増幅作用を受けて、コレクタに電力増幅された信号が出力されるようになっている。
そして、この電力増幅用トランジスタ３１は、そのベースにチョークインダクタ３２を介して、バイアス回路５２によるバイアス電圧の供給を受けるようになっている。
かかるバイアス回路５２は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタによるバイアス供給用トランジスタ３３を用いてなり、直列接続された第１及び第２の抵抗器３４，３５の一端がバイアス供給用トランジスタ３３のコレクタと共に図示されない電源に接続される一方、他端がグランドに接続されると共に、相互の接続点がバイアス供給用トランジスタ３３のベースに接続されたものとなっている。
かかる構成において、バイアス回路５２からは、電力増幅用トランジスタ３１へ対して、バイアス供給用トランジスタ３３のサイズ、第１及び第２の抵抗器３４，３５の抵抗値の大きさに応じたバイアス電流が供給されるものとなっている。
【０００３】
【非特許文献１】
吉増（ＹＯＳＨＩＭＡＳＵ）、外２名，「１．９ＧＨｚ帯通信用ヘテロ接合型バイポーラトランジスタを用いたモノリシックマイクロ波集積回路における電力増幅器（Ａｎ  ＨＢＴ  ＭＭＩＣ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｆｏｒ  １．９ＧＨｚ  Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）」，ＩＥＥＥ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ａｎｄ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−Ｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，１９９４年，ｐ．５９−６２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の従来回路を、例えば、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓなどのＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタで構成し、プロセス上、製作可能な最小サイズを１ユニットとして、所望される出力電力を得るために、そのようなユニットを複数並列接続して電力増幅器を構成した場合において、次のような不都合を生ずることがある。
すなわち、例えば、ある高周波出力電力を得るため、電力増幅用トランジスタ３１を３６ユニット並列接続して電力増幅器５１を構成する一方、ｎｐｎ型トランジスタ３３のサイズを、その３６ユニットの電力増幅用トランジスタ３１からなる電力増幅器５１のバイアス供給に十分なものとして１ユニットに構成し、電源電圧を２．８Ｖとした場合に、ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧は１．３Ｖと高いために、電源電圧が上述のように設定された場合、先の図３に示された構成においては、第１の抵抗器３４に印加される電圧が、２．８Ｖ−２×１．３Ｖ＝０．２Ｖと小さくなってしまう。そのため、この第１の抵抗器３４の抵抗値を調整して電力増幅用トランジスタ３１のコレクタ電流の温度特性をフラットにしようとすると、図４に示されたように、この例の場合に電力増幅用トランジスタ３１に要求されるコレクタ電流６０ｍＡに対して、実際のコレクタ電流は１０ｍＡと小さくなってしまうという不都合が生ずる。
【０００５】
これに対して、例えば、図４に示された温度特性を維持しつつ、このような不都合を解消する方策としては、図３に示されたバイアス回路５２を６個並列に接続することが考えられる。
しかしながら、バイアス回路５２を６個並列接続することは、集積回路化する際、チップ面積の増大を招くこととなるばかりか、チップコストの上昇を招くという問題を生ずる。
【０００６】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、チップ面積が小さくて済み、かつ、電力増幅用トランジスタのコレクタ電流の温度特性がフラットな電力増幅器用バイアス回路を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記発明の目的を達成するため、本発明に係る電力増幅器用バイアス回路は、電力増幅器を構成するｎｐｎ型バイポーラトランジスタのベースへバイアス電流を供給する電力増幅器用バイアス回路であって、
第１乃至第３のバイアス回路用トランジスタを有し、前記第１のバイアス回路用トランジスタは、そのエミッタが前記電力増幅器のｎｐｎ型バイポーラトランジスタのベースに接続される一方、そのベースが、前記第２のバイアス回路用トランジスタのベース及び前記第３のバイアス回路用トランジスタのコレクタと相互に接続されると共に第１の抵抗器を介して、前記第１及び第２のバイアス回路用トランジスタのコレクタと共に電源電圧が印加されるよう設けられ、
前記第２のバイアス回路用トランジスタのエミッタとグランドとの間には、第２及び第３の抵抗器が直列接続され、前記第２及び第３の抵抗器の相互の接続点は、前記第３のバイアス回路用トランジスタのベースに接続され、前記第３のバイアス回路用トランジスタのエミッタは、第４の抵抗器を介してグランドに接続されるよう構成されてなるものである。
【０００８】
かかる構成においては、第１の抵抗器を介しての第１のバイアス回路用トランジスタのベース電流の供給が減少傾向となると、第２のバイアス回路用トランジスタのベース電流及びエミッタ電流の減少、それに伴う第３のバイアス回路用トランジスタのベース電流の減少を招き、それによって、第１のバイアス回路用トランジスタのベース電流の減少が補償される一方、第１の抵抗器を介しての第１のバイアス回路用トランジスタのベース電流の供給が増加傾向となると、第２のバイアス回路用トランジスタのベース電流及びエミッタ電流の増加、それに伴う第３のバイアス回路用トランジスタのベース電流の増加を招き、それによって、第１のバイアス回路用トランジスタのベース電流の増加が抑圧されるようになっており、第１のバイアス回路用トランジスタのエミッタ電流を温度変化に関わらずほぼ一定とすることができ、電力増幅用トランジスタへのベース電流の供給の安定化がなされるようになっているものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１及び図２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。
本発明の実施の形態における電力増幅器用バイアス回路１０１は、電力増幅器１０２を構成する電力増幅用トランジスタ１にバイアス供給を行うためのものである。まず、電力増幅器１０２について説明すれば、本発明の実施の形態における電力増幅器１０２は、電力増幅用トランジスタ１を用いてなり、そのベースに接続された信号入力端子６に被増幅信号としての高周波信号が外部の図示されない回路から入力される一方、コレクタに接続された出力端子７から増幅出力が得られるようになっているものである。本発明の実施の形態においては、電力増幅用トランジスタ１として、例えば、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓなどのＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタであって、ｎｐｎ型のものが用いられており、エミッタはグランドに接続されたものとなっている。
そして、この電力増幅用トランジスタ１のベースには、チョークインダクタ８を介して本発明の実施の形態における電力増幅器用バイアス回路１０１からのバイアス供給がなされるようになっている。
【００１０】
電力増幅器用バイアス回路１０１は、第１乃至第３のバイアス回路用トランジスタ２〜４を中心に構成されたものとなっており、本発明の実施の形態において、これらバイアス回路用トランジスタ２〜４としては、具体的には、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓなどのＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタであって、ｎｐｎ型のものが用いられている。
具体的な構成を述べれば、まず、第１のバイアス回路用トランジスタ２のエミッタは、チョークインダクタ８を介して先の電力増幅用トランジスタ１のベースに接続されている。
一方、第１及び第２のバイアス回路用トランジスタ２，３のベースは、相互に接続されると共に、この接続点には、第１の抵抗器１１の一端及び第３のバイアス回路用トランジスタ４のコレクタが接続され、この第１の抵抗器１１の他端と第２のバイアス回路用トランジスタ３のコレクタは、第１のバイアス回路用トランジスタ２のコレクタと共に電源端子１５に接続されたものとなっている。
【００１１】
また、第２のバイアス回路用トランジスタ３のエミッタとグランドとの間には、第２及び第３の抵抗器１２，１３が直列接続され、その相互の接続点は、第３のバイアス回路用トランジスタ４のベースに接続されたものとなっている。
そして、第３のバイアス回路用トランジスタ４のエミッタは、第４の抵抗器１４を介してグランドに接続されたものとなっている。
【００１２】
次に、かかる構成における動作について説明すれば、まず、本発明の実施の形態における電力増幅器用バイアス回路１０１の概略動作を先に述べれば、本回路は、第１の抵抗器１１に流れる電流が温度によって変化すると、その電流変化が第２のバイアス回路用トランジスタ３によってフィードバックされ、第３のバイアス回路用トランジスタ４のコレクタ電流が制御されて、第１のバイアス回路用トランジスタ２のベース電流補正がなされて、電力増幅用トランジスタ１のベース電流が制御されることで、この電力増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の温度特性がフラットな特性となるようなものとなっている。
【００１３】
以下、より具体的に説明すれば、最初に、雰囲気温度が低温状態にある場合、この場合、第１のバイアス回路用トランジスタ２及び電力増幅用トランジスタ１のベース・エミッタ間電圧が上昇し、それに伴い、第１の抵抗器１１に流れる電流が減少し、同時に第２のバイアス回路用トランジスタ３のベースに供給されるベース電流も減少する。そして、第２のバイアス回路用トランジスタ３のエミッタから第２の抵抗器１２を介して供給される第３のバイアス回路用トランジスタ４のベース電流が減少し、第３のバイアス回路用トランジスタ４のコレクタ電流も減少する。その結果、第１のバイアス回路用トランジスタ２に供給されるベース電流は増加し、電力増幅用トランジスタ１のベース電流を増加させて電力増幅用トランジスタ１のコレクタ電流が低温によって減少するのが抑圧されることとなる。
【００１４】
次に、雰囲気温度が高温状態にある場合、第１のバイアス回路用トランジスタ２及び電力増幅用トランジスタ１のベース・エミッタ間電圧が減少し、第１の抵抗器１１に流れる電流が増加して、同時に第２のバイアス回路用トランジスタ３に供給されるべース電流も増加する。それに伴い、第２のバイアス回路用トランジスタ３のエミッタから第２の抵抗器１２を介して供給される第３のバイアス回路用トランジスタ４のベース電流が増加し、第３のバイアス回路用トランジスタ４のコレクタ電流が増加する。その結果、第１のバイアス回路用トランジスタ２に供給されるベース電流は減少し、電力増幅用トランジスタ１のベース電流を減少させ、電力増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の増加が抑圧されることとなる。
ここで、第３のバイアス回路用トランジスタ４に供給されるベース電流の変化量は、第２の抵抗器１２と第３の抵抗器１３の抵抗値を適宜選択することで調整でき、また、第３のバイアス回路用トランジスタ４のコレクタ電流の変化量は、第４の抵抗器１４の抵抗値の選択によって調整できるものとなっている。
【００１５】
図２には、本発明の実施の形態における電力増幅用バイアス回路を用いた場合の電力増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の雰囲気温度に対する変化特性例が示されており、以下、同図について説明する。
まず、この温度特性は、図１に示された回路を、プロセス上、製作可能な最小サイズを１ユニットとして、必要とされるある高周波出力電力を得るために、電力増幅用トランジスタ１を、３６ユニット並列接続した構成とする一方、第１のバイアス回路用トランジスタ２を、電力増幅用トランジスタ１に供給するベース電流に対して余裕をもたせたものとして２ユニットで構成し、さらに、第２及び第３のバイアス回路用トランジスタ３，４は、それぞれ最小サイズの１ユニットとして、第１乃至第４の抵抗器１１〜１４の抵抗値を電源電圧２．８Ｖで最適化した状態における電力増幅用トランジスタ１のコレクタ電流の温度変化を示すものである。
図２によれば、電力増幅用トランジスタ１のコレクタ電流をほぼ所望の値に維持しつつ、かつ、温度特性をほぼフラットな特性とできることが確認できるものとなっている。また、従来の回路サイズに比べて小さいサイズで、図２に示すフラットな特性を実現している。
【００１６】
【発明の効果】
以上、述べたように、本発明によれば、電力増幅器を構成するトランジスタへバイアス電流を供給するバイアス回路の出力段となるトランジスタのベース電流の雰囲気温度による変動を、フィードバックにより補償できるような構成とすることにより、比較的簡素な構成で、集積回路化の際にチップ面積が小さくて済み、かつ、電力増幅器を構成するトランジスタのコレクタ電流の温度特性をフラットなものとすることができるという効果を奏するものである。
また、ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタのようにベース・エミッタ間電圧の高いものを低電圧で動作させた場合でも、本発明の回路構成とすれば、前述の効果と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における電力増幅器用バイアス回路の回路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用バイアス回路を用いた電力増幅器の電力増幅用トランジスタのコレクタ電流の温度特性を示す特性線図である。
【図３】従来の電力増幅器用バイアス回路の回路構成例を示す回路図である。
【図４】図３に示された従来回路における電力増幅用トランジスタのコレクタ電流の温度特性を示す特性線図である。
【符号の説明】
１…電力増幅用トランジスタ
２…第１のバイアス回路用トランジスタ
３…第２のバイアス回路用トランジスタ
４…第３のバイアス回路用トランジスタ
１１…第１の抵抗器
１２…第２の抵抗器
１３…第３の抵抗器
１４…第４の抵抗器
１０１…電力増幅器用バイアス回路
１０２…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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