(57)【要約】【課題】  増幅器の高周波特性を損ねることなくバイポーラトランジスタの過電流による破壊を防ぐことができる高周波増幅器を提供する。【解決手段】  高周波増幅用トランジスタ１のエミッタと基準電圧発生用ダイオード５のカソードをインダクタ２０を介して接地する。ダイオード５のアノードの電位はトランジスタ１の出力電力が大きくなるほど低下するので、トランジスタ１の動作が制限される。非線形素子であるダイオードを利用しているため、出力電流の増加に対し急峻にトランジスタ１の動作を制限でき、過電流による破壊を防ぐことができる。【選択図】  図１
2005217997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波増幅用トランジスタの入力回路と接地間に高周波入力信号を印加し、前記高周波増幅用トランジスタの出力回路の一端から高周波出力信号を出力する高周波増幅器であって、
前記高周波入力信号の周波数において負荷抵抗成分となる検出素子を介して前記出力回路の他端を接地に接続し、
前記検出素子の端子電圧を非線形素子を介して前記入力回路のバイアス電圧調節回路の入力に帰還して前記出力回路の動作を制限するように構成した
高周波増幅器。
【請求項２】
第１の高周波増幅用トランジスタの入力回路と第２の高周波増幅用トランジスタの入力回路とを並列に接続し、第１，第２の高周波増幅用トランジスタの入力回路と接地間に高周波入力信号を印加し、第１，第２の高周波増幅用トランジスタの並列に接続された出力回路の一端から高周波出力信号を出力する高周波増幅器であって、
第１，第２の高周波増幅用トランジスタのうちの一方である第１の高周波増幅用トランジスタの出力回路の他端を接地し、他方である第２の高周波増幅用トランジスタの出力回路の他端を前記高周波入力信号の周波数において負荷抵抗成分となる検出素子を介して前記出力回路の他端を接地に接続し、
前記検出素子の端子電圧を非線形素子を介して第１，第２の高周波増幅用トランジスタの前記入力回路のバイアス電圧調節回路の入力に帰還して前記出力回路の動作を制限するように構成した
高周波増幅器。
【請求項３】
前記検出素子がインダクタまたは抵抗器、またはインダクタと抵抗器の直列回路である請求項１または請求項２に記載の高周波増幅器。
【請求項４】
前記検出素子の端子電圧をバイアス電圧調節回路の入力に帰還する非線形素子が、順方向にバイアスされたダイオードであって、このダイオードの一端をキャパシタを介して接地した
請求項１〜請求項３の何れかに記載の高周波増幅器。
【請求項５】
前記検出素子の端子電圧をバイアス電圧調節回路の入力に帰還する非線形素子が、順方向にバイアスされた第１のダイオードであって、この第１のダイオードとは別にカソードが接地され順方向にバイアスされている第２のダイオードを設け、第１のダイオードのアノード電位と第２のダイオードのアノード電位の電位差により、前記入力回路のバイアス電圧調節回路の入力に帰還して前記出力回路の動作を制限するように構成した
請求項１〜請求項３の何れかに記載の高周波増幅器。
【請求項６】
前記検出素子の端子電圧をバイアス電圧調節回路の入力に帰還する非線形素子が、順方向にバイアスされたダイオードであって、ダイオードが前記高周波増幅用トランジスタの入力回路をバイアスするためのバイアス回路の基準電圧を発生していることを特徴とする
請求項１〜請求項３の何れかに記載の高周波増幅器。
【請求項７】
前記検出素子の端子電圧をバイアス電圧調節回路の入力に帰還する非線形素子が、順方向にバイアスされたダイオードであって、ダイオードが複数のダイオードの直列接続またはバイポーラトランジスタのベースとエミッタ間の接合ダイオードで構成されていることを特徴とする
請求項１〜請求項３の何れかに記載の高周波増幅器。
【請求項８】
高周波増幅用トランジスタの入力回路と接地間に高周波入力信号を印加し、前記高周波増幅用トランジスタの出力回路の一端から高周波出力信号を出力する高周波増幅回路を多段接続した高周波増幅器であって、
前記高周波増幅回路のうちの特定の高周波増幅回路の出力回路の他端を、前記高周波入力信号の周波数において負荷抵抗成分となる検出素子を介して接地に接続し、
前記検出素子の端子電圧を、前記特定の高周波増幅回路とは別の高周波増幅回路の入力回路のバイアス電圧調節回路の入力に帰還して前記出力回路の動作を制限するように構成した
高周波増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波トランジスタ用いた高周波増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの無線通信用に用いられる増幅器においては、通常２〜３個の高周波増幅用の化合物半導体トランジスタを多段接続した構成が用いられており、化合物半導体トランジスタとして、近年は単一正電源動作などの点からヘテロバイポーラトランジスタが主に用いられる。
【０００３】
携帯電話端末用の出力電力１〜３Ｗ程度の増幅器に電流駆動型のバイポーラトランジスタを用いる場合、高周波増幅用のバイポーラトランジスタとともに、そのベースにエミッタフォロアでバイアス供給するためのもう一つのバイポーラトランジスタを含むバイアス回路が通常用いられている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、増幅器の出力電力を検出し、出力電力に応じて増幅器のバイアス電圧を制御するためには、方向性結合器と検波回路を用いた方式が、一般的に用いられている。
図２０は従来の高周波増幅器の一例である。
【０００５】
高周波入力信号は、高周波電力入力端子１７より高周波増幅用バイポーラトランジスタ１（以下、トランジスタ１と称す）のベースに入り、コレクタから出力され、高周波電力出力端子１８より出力される。
【０００６】
入力整合回路９はトランジスタ１の入力インピーダンスを５０Ωに変換する。出力整合回路１１は５０Ω負荷に対し所望のパワーを取り出すようトランジスタ１の出力側からみたインピーダンスを設定する。
【０００７】
トランジスタ１のコレクタには、λ／４波長線路等のコレクタ電源供給回路１２を通して電圧源１３からバイアス供給している。トランジスタ１のベースには、電圧源１４からバイアス供給用バイポーラトランジスタ２のエミッタフォロアによりベースバイアス供給している。トランジスタ１のバイアス電流は電圧源１４の電圧，抵抗器７により調整する。抵抗器８はトランジスタ１の過剰ベース電流を抑制するものである。
【０００８】
なお、１５はバイアス供給用バイポーラトランジスタ２のコレクタバイアスを供給する電圧源である。
さらに、図２１は基準電圧発生用のダイオード５を用いることにより、図２０の高周波増幅器の高出力化、温度依存性を改善したものである。詳しくは、トランジスタ１にエミッタフォロアでベースバイアス供給しているバイアス供給用バイポーラトランジスタ２のベース電位は、定電流源４でバイアスされた基準電圧発生用のダイオード５に生じる電圧に等しくなるようオペアンプ回路３で調整される。定電流源４により、トランジスタ１のバイアス電流を調整する。
【０００９】
図２２は、出力電力に応じて高周波トランジスタのバイアスを調整する機能を有する高周波増幅器の一例である。高周波電力入力端子１７より高周波信号が入力される。高周波増幅器６１からの出力は方向性結合器６４を通り高周波出力端子１８より出力されるが、その一部は方向性結合器６４により検波回路６５に入力される。検波回路６５の出力レベルの大小に応じて制御電源回路６６の出力電圧は所望の特性に制御され、前記高周波増幅器６１のベースまたはゲート電圧供給用端子６２、コレクタまたはドレイン電圧供給用端子６２に供給される。
【特許文献１】特開２００３−２７３６６０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、従来のバイポーラトランジスタを用いた高周波増幅器においては、高周波増幅器の出力負荷変動などが生じた場合、高周波増幅用バイポーラトランジスタのコレクタ電流が急激に増加するため、トランジスタの破壊が問題となる。
【００１１】
トランジスタの破壊を防ぐ方法としては、以下の方法が一般的に用いられる。
1)  高周波トランジスタのコレクタまたはエミッタに抵抗を入れる。
【００１２】
2)  高周波トランジスタのベースに抵抗を入れる。
3)  高周波トランジスタのサイズを大きくし、許容電流を大きくする。
4)  高周波増幅器の出力電力を検出し、高出力電力時に高周波増幅器が破壊しないようバイアス電圧を制御する。
【００１３】
しかし、1)の場合、高出力の増幅器では、抵抗損失により増幅器の電力付加効率が大きく低下してしまう。3)の場合、高周波トランジスタのサイズを大きくすることにより、電力利得が低下し、電力付加効率が低下する。また、半導体チップサイズが大きくなってしまう。
【００１４】
2)の方法は、最も一般的ではあるが、抵抗での電圧降下はベース電流の増加に比例するため、出力負荷変動時の破壊を防ぐために十分な抵抗値を用いた場合、実使用領域での特性が劣化してしまう。また、4)の場合では、方向性結合器や検波回路が必要になり、方向性結合器や検波回路での損失による特性劣化や高周波増幅器のサイズが大型化してしまう。
【００１５】
以上のように従来の技術では、増幅器の出力負荷変動などにより増幅器のコレクタ電流が増加した場合、トランジスタが破壊に至り、この破壊を防ぐためには、増幅器の高周波特性が劣化やサイズが大きくなるという課題がある。
【００１６】
本発明では、高周波増幅器の高周波特性を劣化させることなく、トランジスタの破壊を防ぐことができる高周波増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の請求項１記載の高周波増幅器は、高周波増幅用トランジスタの入力回路と接地間に高周波入力信号を印加し、前記高周波増幅用トランジスタの出力回路の一端から高周波出力信号を出力する高周波増幅器であって、前記高周波入力信号の周波数において負荷抵抗成分となる検出素子を介して前記出力回路の他端を接地に接続し、前記検出素子の端子電圧を非線形素子を介して前記入力回路のバイアス電圧調節回路の入力に帰還して前記出力回路の動作を制限するように構成したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項２記載の高周波増幅器は、第１の高周波増幅用トランジスタの入力回路と第２の高周波増幅用トランジスタの入力回路とを並列に接続し、第１，第２の高周波増幅用トランジスタの入力回路と接地間に高周波入力信号を印加し、第１，第２の高周波増幅用トランジスタの並列に接続された出力回路の一端から高周波出力信号を出力する高周波増幅器であって、第１，第２の高周波増幅用トランジスタのうちの一方である第１の高周波増幅用トランジスタの出力回路の他端を接地し、他方である第２の高周波増幅用トランジスタの出力回路の他端を前記高周波入力信号の周波数において負荷抵抗成分となる検出素子を介して前記出力回路の他端を接地に接続し、前記検出素子の端子電圧を非線形素子を介して第１，第２の高周波増幅用トランジスタの前記入力回路のバイアス電圧調節回路の入力に帰還して前記出力回路の動作を制限するように構成したことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項３記載の高周波増幅器は、請求項１または請求項２において、前記検出素子がインダクタまたは抵抗器、またはインダクタと抵抗器の直列回路であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項４記載の高周波増幅器は、請求項１〜請求項３の何れかにおいて、前記検出素子の端子電圧をバイアス電圧調節回路の入力に帰還する非線形素子が、順方向にバイアスされたダイオードであって、このダイオードの一端をキャパシタを介して接地したことを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項５記載の高周波増幅器は、請求項１〜請求項３の何れかにおいて、前記検出素子の端子電圧をバイアス電圧調節回路の入力に帰還する非線形素子が、順方向にバイアスされた第１のダイオードであって、この第１のダイオードとは別にカソードが接地され順方向にバイアスされている第２のダイオードを設け、第１のダイオードのアノード電位と第２のダイオードのアノード電位の電位差により、前記入力回路のバイアス電圧調節回路の入力に帰還して前記出力回路の動作を制限するように構成したことを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項６記載の高周波増幅器は、請求項１〜請求項３の何れかにおいて、前記検出素子の端子電圧をバイアス電圧調節回路の入力に帰還する非線形素子が、順方向にバイアスされたダイオードであって、ダイオードが前記高周波増幅用トランジスタの入力回路をバイアスするためのバイアス回路の基準電圧を発生していることを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項７記載の高周波増幅器は、請求項１〜請求項３の何れかにおいて、前記検出素子の端子電圧をバイアス電圧調節回路の入力に帰還する非線形素子が、順方向にバイアスされたダイオードであって、ダイオードが複数のダイオードの直列接続またはバイポーラトランジスタのベースとエミッタ間の接合ダイオードで構成されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項８記載の高周波増幅器は、高周波増幅用トランジスタの入力回路と接地間に高周波入力信号を印加し、前記高周波増幅用トランジスタの出力回路の一端から高周波出力信号を出力する高周波増幅回路を多段接続した高周波増幅器であって、前記高周波増幅回路のうちの特定の高周波増幅回路の出力回路の他端を、前記高周波入力信号の周波数において負荷抵抗成分となる検出素子を介して接地に接続し、前記検出素子の端子電圧を、前記特定の高周波増幅回路とは別の高周波増幅回路の入力回路のバイアス電圧調節回路の入力に帰還して前記出力回路の動作を制限するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、高周波増幅用トランジスタの出力回路と接地間の検出素子に発生する高周波電圧を、入力バイアス回路に帰還することにより、トランジスタに過電流が流れた場合、その入力電圧を急峻に低下させることができるので、増幅器の高周波特性を損ねることなくトランジスタの過電流による破壊を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（実施の形態１）
図１〜図７は本発明の（実施の形態１）を示す。
図１は本発明の高周波増幅器の概念図を示す。
【００２７】
高周波電力入力端子１７より高周波入力信号が入力され、高周波増幅用バイポーラトランジスタ１の入力回路であるベース−エミッタの間に供給される。
高周波増幅用バイポーラトランジスタ１の出力回路はコレクタ−エミッタの間で構成されており、増幅された高周波信号は出力回路の一端のコレクタから出力され、高周波電力出力端子１８より出力される。入力整合回路９，出力整合回路１１は従来例で説明したものと同じ整合回路である。トランジスタ１のベースには、抵抗器７を介してバイアス電圧調節回路としての制御電源回路６６から入力バイアス電圧が印加されており、トランジスタ１のコレクタには、λ／４波長線路等のコレクタ電源供給回路１２を介して制御電源回路６６から電圧が印加されている。
【００２８】
トランジスタ１のエミッタは、前記高周波入力信号の周波数において負荷抵抗成分となる検出素子としてのインダクタ２０を介して接地されている。インダクタ２０の端子電圧は非線形素子としての基準電圧発生用のダイオード５を介して前記トランジスタ１のバイアス電圧調節回路の入力に帰還してトランジスタ１の動作を制限するように構成されている。４は定電流源回路である。
【００２９】
図２〜図５の動作説明図に基づいて、図１の動作原理を説明する。
図２は検出素子としてインダクタ２０を用いる場合の回路図であり、トランジスタ１のベースより入力される高周波信号により、増幅されたコレクタ電流がエミッタを流れるが、それに殆ど等しい高周波振幅を持ったエミッタ電流がインダクタ２０の両端に生じる。
【００３０】
トランジスタ１のエミッタと定電流源４により順方向にバイアスされたダイオード５のカソードは互いに接続され、このインダクタ２０を介して接地されているので、ダイオード５の両端には高周波振幅を持った電位差が生じる。この時、ダイオード５のアノードの対接地キャパシタンスとダイオードの非線形性により、ダイオード５のアノード電位が、ダイオード５の閾値電圧にクリップされるように電圧振幅が小さくなる。ダイオード５の両端に生じる電圧の時間波形とその直流成分は図３のようになり、高出力時のダイオード両端の直流での電位差は低下する。インダクタ２０の両端に生じる直流での電位差は０である。つまり、図４のようにダイオード５のアノードの電位はトランジスタ１の出力電力が大きくなるほど低下し、ダイオードの非線形性により、出力電力が大きくなると急峻に低下することがわかる。
【００３１】
また、本実施の形態では、ダイオードのバイアスに定電流源４を用いているが、定電圧源を用いた場合でも、電圧と電流に置き換えて考えれば、同様の動作が可能であり、図５のように定電流源４が内部抵抗４ａを有していたり、電圧源１３が内部抵抗１３ａを有していて、理想的で無い場合に対しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３２】
このように、図１に示した高周波増幅器では、トランジスタ１のエミッタと基準電圧発生用のダイオード５のカソードがインダクタ２０を介して接地されているので、図２で説明したようにダイオード５のアノードの電位はトランジスタ１の出力電力が大きくなるほど低下する。ダイオード５のアノード電位を制御信号として所望の電圧を出力する制御電源回路６６により、抵抗器７、λ／４波長線路等のコレクタ電源供給回路１２を通してトランジスタ１のバイアス状態を出力電力レベルに応じて制御することが可能となる。
【００３３】
図６は図１を更に詳しく実際の回路に適用した場合の高周波増幅器を示している。
高周波電力入力端子１７より高周波入力信号が入力され、トランジスタ１のベースに入り、コレクタから出力され、高周波電力出力端子１８より出力される。電圧源１３によりλ／４波長線路等のコレクタ電源供給回路１２を通してトランジスタ１のコレクタにバイアス供給している。また、トランジスタ１にエミッタフォロアでベースバイアス供給しているバイアス供給用バイポーラトランジスタ２のベース電圧は、定電流源４でバイアスされた基準電圧発生用のダイオード５に生じる電圧と高周波増幅用バイポーラトランジスタ１のベース電圧が等しくなるようオペアンプ回路３で調整される。定電流源４により、高周波増幅用バイポーラトランジスタ１のバイアス電流を調整する。抵抗器７は高周波増幅用バイポーラトランジスタ１の過剰ベース電流を抑制するものであるが、本実施例では省略することもできる。
【００３４】
なお、１４はバイアス供給用バイポーラトランジスタ２のコレクタバイアスを供給する電圧源、１７は高周波電力入力端子、１８は高周波電力出力端子である。トランジスタ１のエミッタと基準電圧発生用のダイオード５のカソードがインダクタ２０を介して接地されているので、図２で説明したようにダイオード５のアノードの電位はトランジスタ１の出力電力が大きくなるほど低下する。
【００３５】
よって、オペアンプ回路３により出力されるバイアス供給用バイポーラトランジスタ２のベース電位はトランジスタ１のベース電位とダイオード５のアノード電位を等しくするように調整され、トランジスタ１の動作が制限される。
【００３６】
非線形素子であるダイオードを利用しているため、コレクタ電流の増加に対し急峻にトランジスタ１の動作を制限できることが特徴である。
従来のベース抵抗を用いた場合と本実施の形態の場合で、高周波増幅トランジスタのベース端子における電圧変化を比較したシミュレーション結果を図７に示す。本実施の形態を用いた場合、高出力時で急峻にベース電圧が低下しており、増幅器の出力負荷変動によってコレクタ電流が急増した場合に、強制的にベース電圧がオフされ破壊に至らないことが分かる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態を用いれば、容易に高周波増幅用トランジスタのコレクタ電流の増加に応じた急峻なベース電圧の制御が可能であり、高周波増幅器の耐破壊性が改善される。
【００３８】
（実施の形態２）
図８は本発明の（実施の形態２）の高周波増幅器の要部を示す。その他は（実施の形態１）と同じである。
【００３９】
この図８は前記検出素子として抵抗器７０を用いる場合であり、以下に動作原理を説明する。
トランジスタ１のベースより入力される高周波信号により、増幅されたコレクタ電流が出力されるが、それに殆ど等しい高周波振幅を持ったエミッタ電流が抵抗器７０の両端に生じる。出力電力の増加につれ、エミッタ電流の直流成分が増加すると抵抗器７０の両端に生じる電圧が増加する。ダイオード５は定電流源４によりバイアスされており、ダイオード５の両端に生じる電圧は一定であるので、ダイオード５のアノード電位には、ダイオード５の両端電圧と抵抗器７０の両端に生じる電圧の和となる。つまり、図９のようにダイオード５のアノードの電位はトランジスタ１の出力電力が大きくなるほど増加する。抵抗値が大きく、（実施の形態１）で説明した高周波振幅によるダイオードの非線形性が生じる場合は、高出力時にアノード電位の低下がみられるが、エミッタでの抵抗損失のため増幅器の高出力化ができなくなる。
【００４０】
本実施の形態を用いれば、出力電力により、高周波増幅器中の高周波トランジスタのバイアス電流を制御する高周波増幅器、例えば、出力パワーが低いときにはトランジスタのバイアス電流を小さくして消費電流を小さくし、出力パワーが高いときにはトランジスタのバイアス電流を大きくして高出力化を図るというような連続的なバイアス電流制御機能を有する高周波増幅器を実現することができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、ダイオードのバイアスに定電流源を用いているが、定電圧源を用いた場合でも、電圧と電流に置き換えて考えれば、同様の動作が可能であり、電源が（実施の形態１）に示した図５のように理想的で無い場合に対しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４２】
（実施の形態３）
図１０は本発明の（実施の形態３）の高周波増幅器の要部を示す。その他は（実施の形態１）と同じである。
【００４３】
この図１０は前記検出素子として抵抗器７０とインダクタ２０の直列回路を用いる場合であり、以下に動作原理を説明する。
トランジスタ１のベースより入力される高周波入力信号により、増幅されたコレクタ電流が出力されるが、それに殆ど等しい高周波振幅を持ったエミッタ電流が抵抗器７０とインダクタ２０の直列回路の両端に生じる。出力電力の増加につれ、エミッタ電流の高周波振幅と直流成分が増加すると、（実施の形態１）と（実施の形態２）で説明したように、低出力電力時のダイオード５のアノード電位は、ダイオード５の両端電圧は抵抗器７０の効果により、出力と共に増加するが、高出力時にはアノードの対接地キャパシタンスとダイオードの非線形性の効果により出力と共に減少する。その特性を図１１に示す。
【００４４】
本実施の形態を用いれば、（実施の形態２）で述べた出力電力により、高周波増幅器中の高周波トランジスタのバイアス電流を制御する高周波増幅器、例えば、出力電力が低いときにはトランジスタのバイアス電流を小さくして消費電流を小さくし、出力電力が高いときにはトランジスタのバイアス電流を大きくして高出力化を図るというような連続的なバイアス電流制御機能を有する高周波増幅器において、（実施の形態１）で述べたような高出力時の優れた耐破壊性を実現することができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、ダイオードのバイアスに定電流源を用いているが、定電圧源を用いた場合でも、電圧と電流に置き換えて考えれば、同様の動作が可能であり、電源が（実施の形態１）に示した図５のように理想的で無い場合に対しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４６】
（実施の形態４）
図１２は（実施の形態４）の高周波増幅器を示す。図１３はその要部を示す。（実施の形態１）と同じ作用をなすものには同一の符号を付けて説明する。
【００４７】
高周波増幅用のトランジスタ１とトランジスタ６７は、それぞれのベースが互いに接続されており、またそれぞれのコレクタが互いに接続されている。トランジスタ１のエミッタは接地されており、トランジスタ６７のエミッタと定電流源４により順方向にバイアスされているダイオード５のカソードは、インダクタンス２０を介して接地されている。
【００４８】
高周波増幅器に用いられる高周波トランジスタのエミッタまたはソースと接地間の過剰な抵抗やインダクタンスは、高周波増幅器特性を劣化させる。この実施の形態の利点は、トランジスタ１を主増幅用としてエミッタ面積を大きく、トランジスタ６７を副増幅用兼出力電力検出用としてエミッタ面積を小さく設定しておけば、高周波増幅器の特性を劣化させることなく、出力電力の検出ができるということである。本実施の形態のインダクタの替わりに抵抗や抵抗とインダクタの直列回路を用いた場合についても同様の効果が得られる。
【００４９】
また、本実施の形態では、ダイオード５のバイアスに定電流源４を用いているが、定電圧源を用いた場合でも、電圧と電流に置き換えて考えれば、同様の動作が可能であり、電源が（実施の形態１）に示した図５のように理想的で無い場合に対しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５０】
図１２は図１３を実際の回路に適用した場合で、かつ検出素子として抵抗器７０とインダクタ２０の直列回路を用いている。前述のように、トランジスタ１を主増幅用としてエミッタ面積を大きく、トランジスタ６７を副増幅用兼出力電力検出用としてエミッタ面積を小さく設定している。トランジスタ１のエミッタは接地されており、トランジスタ６７のエミッタと定電流源４により順方向にバイアスされているダイオード５のカソードは、抵抗器７０とインダクタンス２０の直列回路を介して接地されている。
【００５１】
高周波電力入力端子１７より高周波入力信号が入力され、トランジスタ１とトランジスタ６７のベースに入り、それぞれの接続されたコレクタから出力され、高周波電力出力端子１８より出力される。入力整合回路９、出力整合回路１１は従来例と同じである。
【００５２】
電圧源１３によりλ／４波長線路等のコレクタ電源供給回路１２を通して高周波増幅用のバイポーラトランジスタ１のコレクタにバイアス供給している。
また、２つのトランジスタ１，６７にエミッタフォロアでベースバイアス供給しているバイアス供給用バイポーラトランジスタ２のベース電圧は、定電流源４でバイアスされた基準電圧発生用のダイオード５によって与えられる。定電流源４により、２つのトランジスタ１，６７のバイアス電流を調整する。抵抗器８はトランジスタ１の過剰ベース電流を抑制するものであるが、本実施例では省略することもできる。
【００５３】
なお、１４はバイアス供給用バイポーラトランジスタ２のコレクタバイアスを供給する電圧源、１７は高周波電力入力端子、１８は高周波電力出力端子である。トランジスタ６７のエミッタと基準電圧発生用のダイオード５のカソードが抵抗器７０とインダクタンス２０の直列回路を介して接地されているので、（実施の形態３）で説明したようにダイオード５のアノードの電位はトランジスタ１の出力電力が大きくなる程増加し、高出力時には低下する。ダイオード５のアノードの電位はバイアス供給用バイポーラトランジスタ２のベース電位を決めているため、（実施の形態２）で述べたような出力電力が低いときにはトランジスタのバイアス電流を小さくして消費電流を小さくし、出力電力が高いときにはトランジスタのバイアス電流を大きくして高出力化を図るというような連続的なバイアス電流制御機能を有する高周波増幅器において、（実施の形態１）で述べたような高出力時の優れた耐破壊性を実現することができ、しかも、高周波増幅器の出力電力の検出は、エミッタサイズの小さいトランジスタ６７で行い、高周波増幅器としての特性はトランジスタ１で決まるため、インダクタや抵抗の影響を受けない良好な高周波特性が得られる。
【００５４】
（実施の形態５）
図１４は本発明の（実施の形態５）の動作原理を示している。その他は先の実施例と同様である。
【００５５】
高周波増幅用バイポーラトランジスタ１のベースより入力される高周波入力信号により、増幅されたコレクタ電流が出力される。トランジスタ１のエミッタと定電流源４により順方向にバイアスされたダイオード５のカソードは互いに接続され、インダクタ２０を介して接地されており、ダイオード５のアノードはキャパシタ６８を介して接地されている。
【００５６】
（実施の形態５）では、ダイオード５のアノード−接地間容量はダイオードの構造により生じる寄生成分を利用している。図１５にダイオードの接地容量を変化させた場合の、アノード電位の時間波形とその直流成分の変化を示す。アノードを接地するキャパシタの値が大きくなるほど、アノード電位の高周波振幅が小さくなり、（実施の形態１）と比べてより効果的にアノード電位の低下が得られる。また、出力電力と対応するアノード電位を直流成分で得る事ができることも利点である。本実施の形態のインダクタの替わりに抵抗や抵抗とインダクタの直列回路を用いた場合についても同様の効果が得られる。
【００５７】
また、本実施の形態では、ダイオード５のバイアスに定電流源を用いているが、定電圧源を用いた場合でも、電圧と電流に置き換えて考えれば、同様の動作が可能であり、電源が（実施の形態１）に示した図５のように理想で無い場合に対しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５８】
（実施の形態６）
図１６は本発明の（実施の形態６）の高周波増幅器を示す。（実施の形態１）と同じ作用をなすものには同一の符号を付けて説明する。
【００５９】
高周波電力入力端子１７より高周波入力信号が入力され、高周波増幅用バイポーラトランジスタ１のベースに入り、コレクタから出力され、高周波電力出力端子１８より出力される。入力整合回路９、出力整合回路１１は従来例で示したものと同じである。
【００６０】
トランジスタ１のエミッタと基準電圧発生用のダイオード５のカソードがインダクタ２０を介して接地されている。
第２の定電流源７１で順方向にバイアスされカソードが接地された第２のダイオード６９のアノード電位と、ダイオード５のアノード電位とは、オペアンプ３により引き算され、オペアンプ３の出力を制御信号として所望の電圧を出力する制御電源回路６６により、抵抗器７、λ／４波長線路等のコレクタ電源供給回路１２を通して高周波増幅用バイポーラトランジスタのバイアス状態を出力電力レベルに応じて制御する。
【００６１】
（実施の形態１）で説明したようにダイオード５のアノードの電位は高周波増幅用バイポーラトランジスタ１の出力電力が大きくなるほど低下するが、オペアンプ３で第２のダイオード６９との差分をとることにより、正、負両極性で出力電力が無いときには０となる制御信号が作成可能である。
【００６２】
本実施の形態のインダクタ２０の代わりに抵抗器や、抵抗器とインダクタの直列回路を用いた場合についても同様の効果が得られる。
また、本実施の形態では、ダイオードのバイアスに定電流源を用いているが、定電圧源を用いた場合でも、電圧と電流に置き換えて考えれば、同様の動作が可能であり、（実施の形態１）に示した図５のように理想電源で無い場合に対しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６３】
この（実施の形態６）は、その他の実施の形態について適用することも容易である。
（実施の形態７）
図１７は、本発明の（実施の形態７）における２段構成の高周波増幅器である。高周波電力入力端子１７より入力整合回路９を介して高周波入力信号がトランジスタ６７のベースに入力され、増幅された信号が段間整合回路１０を介してトランジスタ１のベースに入力され、出力整合回路１１を介して高周波電力出力端子１８より出力される。
【００６４】
電圧源１３、１５によりそれぞれλ／４波長線路等のコレクタ電源供給回路１２を通してトランジスタ１のコレクタ、トランジスタ６７のコレクタにバイアス供給している。
また、トランジスタ１と、トランジスタ６７のベースバイアス供給回路１９については、図１８に示すように、エミッタフォロアでベースバイアス供給しているバイアス供給用バイポーラトランジスタ２、定電流源４、基準電圧発生用のダイオード５、オペアンプ回路３、電圧源１４から構成されている。
【００６５】
抵抗器７、抵抗器８はトランジスタ１，６７の過剰ベース電流を抑制するものであるが、本実施例では省略することもできる。
初段増幅用のトランジスタ６７のエミッタとそのベースにバイアス供給している図１８のバイアス回路中の基準電圧発生用のダイオード５のカソードがインダクタ２０を介して接地されているので、（実施の形態１）で説明したように第２の高周波増幅用バイポーラトランジスタ６７の出力電力が大きくなる程、トランジスタ６７のベース電位は低下し、過出力時の破壊を防ぐことができる。
【００６６】
本実施の形態は大電力を出力する終段のトランジスタ１の破壊を防ぐために、初段石であるトランジスタ６７の動作を制限していることが特徴である。
また、本実施の形態は、初段石の入力電力−出力電力の関係をバイアス制御することにより、終段石の振幅歪を補正できる線形アンプへの適用も可能である。
【００６７】
（実施の形態８）
図１９は本発明の（実施の形態８）の高周波増幅器を示す。
この高周波増幅器は高周波増幅用バイポーラトランジスタ６７，１の２段構成である。高周波電力入力端子１７より入力整合回路９を介して高周波入力信号がトランジスタ６７のベースに入力され、増幅された信号が段間整合回路１０を介してトランジスタ１のベースに入力され、出力整合回路１１を介して高周波電力出力端子１８より出力される。
【００６８】
トランジスタ１のコレクタ、トランジスタ６７のコレクタへのバイアス供給、ならびにトランジスタ１，６７のベースバイアス供給回路については、（実施の形態７）を示す図１７と同じである。抵抗器７、抵抗器８はトランジスタ１，６７の過剰ベース電流を抑制するものであるが、本実施例では省略することもできる。
【００６９】
終段増幅用のトランジスタ１のエミッタと、初段石であるトランジスタ６７のベースにバイアス供給している図１８のバイアス回路中の基準電圧発生用ダイオード５のカソードがインダクタ２０を介して接地されているので、（実施の形態１）で説明したようにトランジスタ１の出力電力が大きくなる程、トランジスタ６７のベース電圧は低下し、過出力時の破壊を防ぐことができる。本実施の形態は大電力を出力する終段のトランジスタ１の破壊を防ぐために、終段石であるトランジスタ１の出力電力を検出し、初段石であるトランジスタ６７の動作を制限していることが特徴である。
【００７０】
また、本実施の形態は、初段石の入力電力−出力電力の関係をバイアス制御することにより、終段石の振幅歪を補正できる線形アンプへの適用も可能である。
なお、上記の各実施の形態では、高周波増幅用のトランジスタがバイポーラである場合を例に挙げて説明したが、電界効果型トランジスタを用いた場合でも同様の効果が得られる。この高周波増幅用の電界効果型トランジスタの場合には、ゲート−ソース間で入力回路が形成され、ドレイン−ソース間で出力回路が形成され、前記検出素子はソースと接地間に介装される。
【００７１】
また、上記の各実施の形態では、非線形素子としてダイオード５を使用したが、このダイオード５は、具体的には、複数のダイオードの直列接続またはバイポーラトランジスタのベースとエミッタ間の接合ダイオードで構成する。ダイオードの替わりに他の非線形素子を用いても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明にかかる高周波増幅器は、高周波増幅用トランジスタに過電流が流れた場合、その入力回路のバイアス電圧を急峻に低下させることができるので、増幅器の高周波特性を損ねることなく高周波増幅用トランジスタの過電流による破壊を防ぐことができ、携帯電話装置などの無線通信用として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の（実施の形態１）における高周波増幅器の要部の構成図
【図２】同実施の形態の要部の構成図
【図３】同実施の形態のダイオード５の両端の電位差の説明図
【図４】同実施の形態の出力電力とダイオード５のアノードの電位の説明図
【図５】同実施の形態の定電流源４，電圧源１３の等価回路図
【図６】同実施の形態の高周波増幅器の回路図
【図７】同実施の形態の高周波増幅トランジスタのベース端子における電圧変化を比較したシミュレーション図
【図８】本発明の（実施の形態２）における高周波増幅器の要部の構成図
【図９】同実施の形態の出力電力に対するダイオード５のアノード電位の説明図
【図１０】本発明の（実施の形態３）における高周波増幅器の要部の構成図
【図１１】同実施の形態の出力電力に対するダイオード５のアノード電位の説明図
【図１２】本発明の（実施の形態４）における高周波増幅器の構成図
【図１３】同実施の形態の高周波増幅器の要部の構成図
【図１４】本発明の（実施の形態５）における高周波増幅器の要部の構成図
【図１５】同実施の形態においてダイオードの接地容量を変化させた場合の、アノード電位の時間波形とその直流成分の変化を示す説明図
【図１６】本発明の（実施の形態６）における高周波増幅器の構成図
【図１７】本発明の（実施の形態７）における高周波増幅器の構成図
【図１８】同実施の形態の要部の構成図
【図１９】本発明の（実施の形態８）における高周波増幅器の構成図
【図２０】第１の従来例の高周波増幅器の構成図
【図２１】第２の従来例の高周波増幅器の構成図
【図２２】第３の従来例の高周波増幅器の構成図
【符号の説明】
【００７４】
１  高周波増幅用バイポーラトランジスタ
２  バイアス供給用バイポーラトランジスタ
３  オペアンプ
４  定電流源
５  ダイオード
６  インダクタ
７０  抵抗器（検出素子）
８  抵抗器
９  入力整合回路
１０  段間整合回路
１１  出力整合回路
１２  コレクタ電源供給回路
１３，１４，１５  電圧源
１７  高周波電力入力端子
１８  高周波電力出力端子
２０  インダクタ（検出素子）
６６  制御電源回路
６７  第２の高周波増幅用バイポーラトランジスタ
６８  キャパシタ
６９  第２のダイオード
７１  第２の定電流源
【図１】
2005217997.tif 000003
【図２】
2005217997.tif 000004
【図３】
2005217997.tif 000005
【図４】
2005217997.tif 000006
【図５】
2005217997.tif 000007
【図６】
2005217997.tif 000008
【図７】
2005217997.tif 000009
【図８】
2005217997.tif 000010
【図９】
2005217997.tif 000011
【図１０】
2005217997.tif 000012
【図１１】
2005217997.tif 000013
【図１２】
2005217997.tif 000014
【図１３】
2005217997.tif 000015
【図１４】
2005217997.tif 000016
【図１５】
2005217997.tif 000017
【図１６】
2005217997.tif 000018
【図１７】
2005217997.tif 000019
【図１８】
2005217997.tif 000020
【図１９】
2005217997.tif 000021
【図２０】
2005217997.tif 000022
【図２１】
2005217997.tif 000023
【図２２】
2005217997.tif 000024