(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のトランジスタを多段接続してなるＲＦ信号の電力増幅器用保護回路であって、
上記電力増幅器の少なくとも最終段のエミッタ接地の第１トランジスタ（５０５）の入力端子のベース電位が、バイアス制御されており、
上記電力増幅器用保護回路が、第１保護回路（１００、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０）と、ＡＣ結合容量（５４７）と、を含んでおり、上記最終段の第１トランジスタの、出力端子のコレクタ電極と、ベース電極と、の間に、第１保護回路とＡＣ結合容量とが、コレクタ電極、第１保護回路、ＡＣ結合容量、ベース電極の順に直列に接続されており、
上記第１保護回路は、正常動作時に印加される電圧よりも高く且つ第１トランジスタのブレークダウン電圧よりも低い予め定めた値以上の電圧が、上記最終段の第１トランジスタのコレクタ電極に印加された場合に、動作して、第１トランジスタのコレクタ電極からベース電極に向けて帰還電流を流す回路である、
ことを特徴とする電流増幅器用保護回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電流増幅器用保護回路であって、
上記第１保護回路（１００）が、第２トランジスタ（１０３）と、第１、第２抵抗（１０１、１０２）と、を含んでおり、
上記第２トランジスタのコレクタ電極が、第１トランジスタのコレクタ電極に接続され、第２トランジスタのエミッタ電極が、ＡＣ結合容量に接続されており、且つ、第２トランジスタのコレクタ・ベース電極間に第１抵抗が接続され、第２トランジスタのベース・エミッタ電極間に第２抵抗が接続されている、
電流増幅器用保護回路。
【請求項３】
請求項１に記載の電流増幅器用保護回路であって、
上記第１保護回路（１３０）が、コレクタ・ベース電極間の接続された複数の第３トランジスタ（１３１、１３２、１３３、１３４、１３５）を直列にダイオード接続したものである、
電流増幅器用保護回路。
【請求項４】
請求項３に記載の電流増幅器用保護回路であって、
上記第１保護回路（１３０）において、
第３トランジスタの少なくとも１つが、コレクタ・ベース電極間に第３抵抗が接続され、第２トランジスタのベース・エミッタ電極間に第４抵抗が接続されている、
電流増幅器用保護回路。
【請求項５】
請求項２又は４に記載の電流増幅器用保護回路であって、
上記第１保護回路（１００、１３０）において、
コレクタ・ベース電極間と、ベース・エミッタ電極間と、に抵抗を有しているトランジスタが、コレクタ電極又はエミッタ電極に接続されている第５抵抗を有している、
電流増幅器用保護回路。
【請求項６】
請求項２又は４に記載の電流増幅器用保護回路であって、
上記第１保護回路（１００、１３０）において、
コレクタ・ベース電極間と、ベース・エミッタ電極間と、に抵抗を有しているトランジスタが、コレクタ電極又はエミッタ電極に接続されている、コレクタ・ベース電極間が接続された１以上のトランジスタを直列に接続した回路を有している、
電流増幅器用保護回路。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１つに記載の電流増幅器用保護回路であって、
更に、第１トランジスタのコレクタ・ベース電極間に、上記第１保護回路が動作するよりも高く且つ第１トランジスタのブレークダウン電圧よりも低い値の電圧で動作する、請求項１乃至６の何れか１つに記載の第１保護回路と同じ構成の第２保護回路を含んでいる、
電流増幅器用保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＡｓＨＢＴやＳｉバイポーラトランジスタ電力増幅器において、過出力電圧動作時にトランジスタ破壊を防ぐための保護回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、移動体通信用電力増幅器には、ＧａＡｓＭＥＳＦＥＴ，ＧａＡｓＨＥＭＴ，GaAs-basedＨＢＴを使ったＭＭＩＣやモジュール（ハイブリッドＩＣ，マルチチップモジュール）が広く用いられている。その中でGaAs-basedＨＢＴは、従来のＦＥＴに比べて以下の３つの利点を有するため、今後の移動体通信用パワーモジュール素子として期待されている。
▲１▼負のゲートバイアス電圧を必要としないため、単一電源動作が可能であること。
▲２▼Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴと同様にコレクタ側にアナログスイッチ無しでオン／オフの操作が可能であること。
▲３▼出力電力密度が高く、規定の出力を得るのにＦＥＴ電力増幅器より小型化が図れること。
【０００３】
近年、ＨＢＴの持つ上記特徴を活かしたＨＢＴ電力増幅器が、欧州ＧＳＭ（ Global System for Mobile communication；現在最も広く用いられている９００ＭＨｚ携帯電話システム）の規格に従う２Ｗ〜４Ｗの高出力携帯電話器に使用され始めている。
【０００４】
図１０は、ＧＳＭ用ＨＢＴ電力増幅器５００の一般的な回路構成を示す。端子５０１は、電力増幅の対象であるＲＦ信号の入力端子である。端子５０２は、増幅後の信号の出力端子である。トランジスタ５０３〜５０５は、増幅用のＨＢＴである。トランジスタ５０６〜５１１は、バイアス用ＨＢＴである。端子５１２〜５１４は、コレクタバイアス用電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３を印加する端子である。端子５１５は、電源電圧Ｖｃｃの供給端子である。端子５１６は、上記バイアス用のトランジスタ５０６〜５１１を利用して上記増幅用のトランジスタ５０３〜５０５のベース電圧を制御する電力制御電圧Ｖｐｃの供給端子である。この他、電力増幅器５００は、抵抗５１７〜５４２、容量５４３〜５５２、マイクロ波線路５５３〜５５７を備える。
【０００５】
一般的なＨＢＴ電力増幅器は、低周波利得が高く、ＦＥＴ電力増幅器に比べて低周波発振が起こりやすい。ＨＢＴ電力増幅器５００では、低周波発振を防ぐため、トランジスタ５０３のコレクタ・ベース電極間に抵抗５２１及び容量５４４で構成されるＲＣ帰還回路を設け、トランジスタ５０４のコレクタ・ベース電極間に抵抗５２５及び容量５４５で構成されるＲＣ帰還回路を設け、並びに、トランジスタ５０５のコレクタ・ベース電極間に抵抗５２９及び容量５４８で構成されるＲＣ帰還回路を設ける。
【０００６】
上記ＧＳＭ規格に従う携帯電話器内の回路には、２Ａ程の電流が流れる。増幅器５００を構成するトランジスタ保護のため、電源端子とバッテリの間に過電圧の入力時に動作する遮断回路やレギュレータ等を設けることが考えられる。しかし、当該遮断回路やレギュレータのサイズは大きく、かつ、消費電力も大きい。このため、増幅器５００の電源端子とバッテリとの間には遮断回路やレギュレータは設けられず、上記電源端子は内蔵するバッテリ直結される。
【０００７】
また、増幅器５００の出力端子と後段の回路（例えば、アンテナ）との間には、後段の回路の負荷インピーダンスが変動した場合に、電力増幅器５００の負荷曲線の変動を抑制するアイソレータを設けるのが好ましい。しかし、上記アイソレータは増幅器５００と同程度のチップサイズであり、小型化の要請の強いＧＳＭ規格に従う携帯電話器では省略される。
【０００８】
上記構成上の特徴を有するＧＳＭ用ＨＢＴ電力増幅器５００では、バッテリ充電時に電源電圧が推奨動作条件（３Ｖ〜３．６Ｖ）より高く（例えば、４．５Ｖ〜５．５Ｖ）なっている時に、通常５０Ωに調節されている後段の回路の負荷インピーダンスが大きく変動すると、最終段のトランジスタ５０５では負荷特性曲線が著しく変動して最大コレクタ電圧Ｖｃｅがブレークダウン電圧を超え、当該トランジスタ５０５が壊れることがある。
【０００９】
なお、最終段のトランジスタ５０５の破壊は、上述するようにバッテリ充電時における負荷変動によっても生じるが、トランジスタ５０５のコレクタ電極に過電源電圧が入力されても生じ得る。
【００１０】
従来、携帯電話等の移動体用途以外の光通信の分野では、上記過電源電圧の入力による上記問題を解決するため、次の図１１に示すようなダイオード６０４で構成される帰還回路６００が採用されてきた。帰還回路６００は、主として光通信用の受信フロントエンドに設けられる信号増幅器６０１に採用される。過入力状態になると、ダイオード６０４が導通状態に切り換わり、増幅器６０１の信号入力端子６０２に印加される電力量を低減して増幅器６０１の破壊、波形歪み、又は、過出力を防止する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＧＳＭ規格に従う携帯電話では、１Ｗ以上の高出力な電力増幅器を用いる。このような高出力な電力増幅器の入出力端子に上記帰還回路６００を設けても、当該増幅器を構成する内部のトランジスタ、特に最終段のトランジスタ５０５を有効に保護できない。これは、増幅器内部のトランジスタの破壊や焼損は、主に当該増幅器への過電源電圧の入力ではなく、増幅器を構成するトランジスタの過電力動作時における負荷変動により、最大コレクタ電圧Ｖｃｅがブレークダウン電圧を超えてしまうことに起因するからである。
【００１２】
以下、増幅回路５００の出力端子５０２に可変負荷インピーダンスを与えるチューナ５６０を接続して、トランジスタの過電力動作時の負荷変動特性について考察する。図１２は、チューナ５６０を接続した増幅回路５００の第２及び第３段の回路を抜き出して表す図である。
【００１３】
図１３は、上記チューナ５６０を接続した状態における最終段のトランジスタ５０５のＩｃ−Ｖｃｅ特性及び負荷曲線を示す図である。点Ａ１は、ベース電流がＩb2のときに、端子５１４に印加される通常のコレクタバイアス電圧Ｖc3-1（例えば３．２Ｖ）を表す。曲線ｃ１は、チューナ５６０の負荷インピーダンスが正常値（５０Ω）であって、電圧定在波比が１：１の時の負荷特性曲線である。曲線ｃ２は、負荷インピーダンスを上記正常値（５０Ω）から変化した時、例えば、電圧定在波比８：１〜１０：１のような不整合条件にした時の負荷特性曲線である。前記不整合条件は、導電性の高い物、例えば鉄柱の横を当該増幅器５００を内蔵する携帯電話が通過する際に生じる。曲線ｃ１と曲線ｃ２を比較すれば解かるように、出力端子の定在波比を高め、出力の不整合状態を強めると、負荷特性曲線の変化は大きくなり、最大コレクタ電圧Ｖｃｅが点線で囲むトランジスタのブレークダウン電圧付近の領域１に近づく。
【００１４】
図１４は、端子５１４に印加するコレクタバイアス電圧をＶc3-1（３．２Ｖ）より大きなＶc3-2（例えば５．０Ｖ）にした場合のトランジスタ５０５のＩｃ−Ｖｃｅ特性及び負荷曲線を表す。点Ａ２は、ベース電流がＩb2のときに、端子５１４に印加されるコレクタバイアス電圧Ｖc3-2を表す。曲線ｃ３は、上記図１３の曲線ｃ１と同様に、チューナ５６０の負荷インピーダンスが正常値（５０Ω）であって、電圧定在波比が１：１の時の負荷特性曲線である。曲線ｃ４は、上記図１３の曲線ｃ２と同様に、負荷インピーダンスを上記正常値（５０Ω）から変化した時、例えば、電圧定在波比８：１〜１０：１のような不整合条件にした時の負荷曲線である。図１３の曲線２と本図の曲線ｃ４より解かるように、コレクタバイアス電圧が高くなると、最大コレクタ電圧Ｖｃｅがブレークダウン電圧を超え（領域１に入り込み）、トランジスタの破壊が生じるおそれが高くなる。
【００１５】
一般に、低電圧動作化される携帯電話器において、低電圧（標準動作電圧）時（３Ｖ〜３．６Ｖ）のトランジスタ特性の改善のために電流利得の向上、寄生抵抗・容量の低減を図ると、ブレークダウン電圧の低下を招きやすくなる。このため、上記ＧＳＭの規格に従う携帯電話器のように、電源電圧変動及び負荷変動が起こり得るにもかかわらず、小型化の要請により後段に接続される回路の負荷インピーダンスの変動による負荷曲線の変動を抑制するアイソレータが設けられていないシステムでは、上記増幅器を構成するトランジスタの過電力動作時の負荷変動によるコレクタ電圧Ｖｃｅの過出力に起因するトランジスタの破壊防止が重要な問題となる。
【００１６】
本発明は、チップサイズの増大を抑え、通常の電圧条件での特性劣化を伴なわずに、過電源電圧時の出力負荷変動に起因する電力増幅用トランジスタの破壊を効果的に防ぐ電力増幅器用の保護回路を提供することを目的とする。
【００１７】
請求項１に記載の電力増幅器用保護回路は、複数のトランジスタを多段接続してなるＲＦ信号の電力増幅器用保護回路であって、上記電力増幅器の少なくとも最終段のエミッタ接地の第１トランジスタ（５０５）の入力端子のベース電位が、バイアス制御されており、上記電力増幅器用保護回路が、第１保護回路（１００、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０）と、ＡＣ結合容量（５４７）と、を含んでおり、上記最終段の第１トランジスタの、出力端子のコレクタ電極と、ベース電極と、の間に、第１保護回路とＡＣ結合容量とが、コレクタ電極、第１保護回路、ＡＣ結合容量、ベース電極の順に直列に接続されており、上記第１保護回路は、正常動作時に印加される電圧よりも高く且つ第１トランジスタのブレークダウン電圧よりも低い予め定めた値以上の電圧が、上記最終段の第１トランジスタのコレクタ電極に印加された場合に、動作して、第１トランジスタのコレクタ電極からベース電極に向けて帰還電流を流す回路である、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の電力増幅器用保護回路は、請求項１に記載の電流増幅器用保護回路であって、上記第１保護回路（１００）が、第２トランジスタ（１０３）と、第１、第２抵抗（１０１、１０２）と、を含んでおり、上記第２トランジスタのコレクタ電極が、第１トランジスタのコレクタ電極に接続され、第２トランジスタのエミッタ電極が、ＡＣ結合容量に接続されており、且つ、第２トランジスタのコレクタ・ベース電極間に第１抵抗が接続され、第２トランジスタのベース・エミッタ電極間に第２抵抗が接続されている、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の電力増幅器用保護回路は、請求項１に記載の電流増幅器用保護回路であって、上記第１保護回路（１３０）が、コレクタ・ベース電極間の接続された複数の第３トランジスタ（１３１、１３２、１３３、１３４、１３５）を直列にダイオード接続したものである、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の電力増幅器用保護回路は、請求項３に記載の電流増幅器用保護回路であって、上記第１保護回路（１３０）において、第３トランジスタの少なくとも１つが、コレクタ・ベース電極間に第３抵抗が接続され、第２トランジスタのベース・エミッタ電極間に第４抵抗が接続されている、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の電力増幅器用保護回路は、請求項２又は４に記載の電流増幅器用保護回路であって、上記第１保護回路（１００、１３０）において、コレクタ・ベース電極間と、ベース・エミッタ電極間と、に抵抗を有しているトランジスタが、コレクタ電極又はエミッタ電極に接続されている第５抵抗を有している、ことを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の電力増幅器用保護回路は、請求項２又は４に記載の電流増幅器用保護回路であって、上記第１保護回路（１００、１３０）において、コレクタ・ベース電極間と、ベース・エミッタ電極間と、に抵抗を有しているトランジスタが、コレクタ電極又はエミッタ電極に接続されている、コレクタ・ベース電極間が接続された１以上のトランジスタを直列に接続した回路を有している、ことを特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の電力増幅器用保護回路は、請求項１乃至６の何れか１つに記載の電流増幅器用保護回路であって、更に、第１トランジスタのコレクタ・ベース電極間に、上記第１保護回路が動作するよりも高く且つ第１トランジスタのブレークダウン電圧よりも低い値の電圧で動作する、請求項１乃至６の何れか１つに記載の第１保護回路と同じ構成の第２保護回路を含んでいる、ことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（１）発明の概要
本発明の増幅器用の保護回路は、複数のトランジスタを多段接続してなる電力増幅器の少なくとも最終段のトランジスタを保護対象のトランジスタとし、上記保護対象とするトランジスタのコレクタ電極とベース電極を挟んで設けられ、前記コレクタ電極への所定値以上の電圧の印加に応じて前記ベース電極へ帰還電流を流すゲート回路を備えることを特徴する。
【００２８】
上記ゲート回路としては、いわゆるＶｂｅマルチプライヤが挙げられる。上記構成を採用することで、過電源電圧動作時や出力負荷の不整合条件下における動作により増幅器を構成する最終段のトランジスタの最大コレクタ電圧Ｖｃｅがブレークダウン電圧を超え、増幅器が故障するのをトランジスタ自身のデバイス特性を改善することなく回路的に抑制する。
【００２９】
（２）実施の形態１
図１は、実施の形態１にかかる保護回路（第１保護回路）１００、及び、当該保護回路１００に接続されたＧＳＭ用ＨＢＴ電力増幅器５００の構成を示す図である。保護回路１００は、いわゆるＶｂｅマルチプライヤであり、抵抗１０１，１０２、及び、トンジスタ１０３で構成される。トランジスタ１０３は、ＨＢＴ（ heterojunction bipolar transistor ）である。抵抗１０１の一端は、トランジスタ１０３のコレクタ電極に接続され、他端はベース電極に接続されている。抵抗１０２の一端はトランジスタ１０３のベース電極に接続され、他端はエミッタ電極に接続される。上記抵抗１０１の他、トランジスタ１０３のコレクタ電極には、端子１０９が接続されている。上記抵抗１０２の他、トランジスタ１０３のエミッタ電極には、端子１０８が接続されている。
【００３０】
増幅器５００は、ＧＳＭ用に用いられている一般的な電力増幅器であり、上記従来技術の欄で説明した増幅器５００と同じである。端子５０１は、電力増幅の対象であるＲＦ信号の入力端子である。端子５０２は、増幅後のＲＦ信号の出力端子である。トランジスタ５０３〜５０５は、増幅用のＨＢＴである。トランジスタ５０６〜５１１は、バイアス用ＨＢＴである。端子５１２〜５１４は、コレクタバイアス用電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ３を印加する端子である。端子５１５は、電源電圧Ｖｃｃの供給端子である。端子５１６は、上記バイアス用のトランジスタ５０６〜５１１を利用して上記増幅用のトランジスタ５０３〜５０５のベース電圧を制御する電力制御電圧Ｖｐｃの供給端子である。この他、ＨＢＴ電力増幅器５００は、抵抗５１７〜５４２、容量５４３〜５５２、マイクロ波線路５５３〜５５７を備える。
【００３１】
図中、点１０５の電位Ｖ２は、トランジスタ５０４のコレクタ電圧を表す。点１０６の電位Ｖ３は、トランジスタ５０５のベース電圧を表す。点１０７に示す電位Ｖ４は、トランジスタ５０５のコレクタ電圧を表す。Ｉf1は当該保護回路１００に流れる電流を表し、Ｖf1は上記点１０５と点１０７間の電位差（＝Ｖ４−Ｖ２）を表す。
【００３２】
上記保護回路１００の一方の端子１０８は点１０５に接続され、他方の端子１０９は点１０７に接続される。保護回路１００は、トランジスタ５０５とのＡＣ結合容量５４７を介してトランジスタ５０５の帰還回路を構成する。
【００３３】
なお、保護回路１００の端子１０８をトランジスタ５０５のベース電極に、ＡＣ結合容量５４７を介さずに直接接続しないのは、以下の理由による。
ＧＳＭ用の増幅器５００では、端子５１６に印加する電力制御電圧Ｖｐｃを０（Ｖ）とした時にトランジスタ５０３，５０４，５０５のコレクタ電流Ｉｃ１〜Ｉｃ３、及び電源電流Ｉｃｃを０（Ａ）にする必要がある。
しかし、ＡＣ結合容量５４７を介さずに、保護回路１００の端子１０８を点１０６に接続し、ベース電極に直接接続すると、コレクタバイアス電圧Ｖｃ３の値が高く保護回路１００が帰還回路として機能している時には、電力制御電圧Ｖｐｃを０（Ｖ）に設定してもコレクタ電流Ｉｃ３が０（Ａ）とならない。
そこで、電力制御電圧Ｖｐｃを０（Ｖ）に設定した場合に、コレクタバイアス電圧Ｖｃ３の値に関係無く、コレクタ電流Ｉｃ３を０（Ａ）にするため、保護回路１００の端子１０８を点１０５に接続し、ＡＣ結合容量５４７を介してトランジスタ５０５のベース電極に接続しているのである。
【００３４】
なお、保護回路１００を上記ＧＳＭ用途以外の増幅器であって、所定の制御信号の入力に応じて各トランジスタのコレクタ電流Ｉｃを０（Ａ）にする必要のない増幅器に用いる場合、最終段のトランジスタのベース電極に端子１０８を直接接続し、コレクタ電極に端子１０９を接続すれば良い。以下に説明する実施の形態２〜７に係る保護回路１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０において同じである。
【００３５】
上記構成において、トランジスタ１０３のオン電圧を約１．３（Ｖ）とし、抵抗１０１の値をＲfb1と表し、抵抗１０２の値をＲfb2と表す。この場合、保護回路１００は、端子１０８と電極１０９との間の電圧Ｖf1が（Ｒfb1＋Ｒfb2）／Ｒfb2×１．３（Ｖ）以上になった場合に、トランジスタ１０３がオンに切り換わり、点１０７から点１０５へ帰還電流Ｉf1を流す。以下、保護回路１００が帰還回路として機能し始める電圧を、オン電圧という。
オン電圧は、端子５１４に供給される通常のコレクタバイアス電圧Ｖｃ３より高い値であって、トランジスタ５０５のブレークダウン電圧より低い値に設定する。以下に説明する実施の形態２乃至７に係る保護回路１３０，１４０，１５０，１６０，１７０及び１８０においても同様である。
【００３６】
図２の（ａ）及び（ｂ）は、保護回路１００の動作特性を示す。図２の（ａ）は、（Ｒfb1＋Ｒfb2）／Ｒfb2を変化させた場合のＶf1−Ｉf1特性を示し、（ｂ）は、（Ｒfb1＋Ｒfb2）／Ｒfb2を一定にして抵抗１０２の値Ｒfb2を変化させた場合のＶf1−Ｉf1特性を示す。
【００３７】
図２の（ａ）に示すように、（Ｒfb1＋Ｒfb2）／Ｒfb2を変化させることで、Ｖｂｅマルチプライヤのオン電圧をＶfc1〜Ｖfc3のように変更することができる。一方、図２の（ｂ）に示すように、（Ｒfb1＋Ｒfb2）／Ｒfb2を一定にしつつ、Ｒfb1を変化させるとことで、保護回路１００を帰還回路として機能させた場合の回路の抵抗値（以下、オン抵抗という）を変更することができる。
【００３８】
図３は、保護回路１００を装着した増幅器５００の出力端子５０２に接続される回路の負荷インピーダンスを変化させた場合のトランジスタ５０５のＩｃ−Ｖｃｅ特性及び負荷曲線を示す図である。図中の点Ａ３は、ベース電流がＩb2のときに、端子５１４に印加される通常のコレクタバイアス電圧Ｖc3-1（例えば３．２Ｖ）を表す。図中の点Ａ４は、ベース電流がＩb2のときに、端子５１４に印加されるコレクタバイアス電圧Ｖc3-2（例えば５．０Ｖ）を表す。
【００３９】
曲線Ｃ３は、バイアス電圧Ｖc3-2の印加時に、出力端子５０２に接続される回路（図示せず）の負荷インピーダンスが正常値（５０Ω）であって、電圧定在波比が１：１の時の負荷特性曲線である。曲線Ｃ４は、バイアス電圧Ｖc3-2の印加時に、出力端子５０２に接続される回路（図示せず）の負荷インピーダンスを上記正常値（５０Ω）から変化した時、例えば、電圧定在波比８：１〜１０：１のような不整合条件にした時の負荷曲線である。
【００４０】
曲線Ｃ４より理解されるように、コレクタバイアス電圧の値がＶc3-1（＝３．２Ｖ）からＶc3-2（＝５．０Ｖ）へと通常よりも増加した場合であっても、最大コレクタ電圧Ｖｃｅの値はブレークダウンを生じる領域１に及ばない。このため、例えばバッテリの充電時など、トランジスタ５０５の端子５１４に印加されるコレクタバイアス電圧がＶc3-1（＝３．２Ｖ）からＶc3-2（＝５．０Ｖ）に増加した場合に、後段に接続される回路（図示せず）の負荷インピーダンスが変動しても、保護回路１００の働きによりコレクタ電圧の増加が抑えられ、負荷曲線の変動が抑制され、最大コレクタ電圧Ｖｃｅがブレークダウンを生じる領域１に及ぶことを防ぐ。
また、標準電圧Ｖc3-1（＝３．２Ｖ）での動作時には、付加した保護回路１００が帰還回路として動作しないので、保護回路を負荷しない場合に比べて増幅率や出力特性が低下することもほとんどない。
【００４１】
以上に説明したように、保護回路１００は、３Ｖ系の低電源電圧（標準動作電圧）時の特性を犠牲にすることなく、過電源電圧動作時や出力負荷の不整合条件時における最終段のトランジスタ５０５の破壊を有効に防止することができる。
【００４２】
また、付加される保護回路１００は、アクティブ素子を主として利用するためチップの占有面積も小さく、当該保護回路を付加することによるチップ面積の増大も最小限に抑制することができる。
【００４３】
また、増幅器５００の出力端子５０２に接続される回路の負荷インピーダンスが変動した場合に、電力増幅器５００を構成する最終段のトランジスタ５０５の負荷曲線の変動を抑制するアイソレータを介在させて、最終段のトランジスタ５０５の破壊を防ぐ場合に比べれば、回路規模の大幅な小型化を図ることができる。
【００４４】
（３）実施の形態２
図４は、実施の形態２にかかる保護回路（第１保護回路）１３０を上記増幅器５００に採用した図である。なお、当該図は、増幅器５００の第２及び第３段目のトランジスタ５０４及び５０５周辺の回路のみを抜き出して表したものである。
【００４５】
保護回路１３０は、コレクタ電極及びベース電極の短絡された５つのトランジスタ１３１〜１３５を直列にダイオード接続したものである。トランジスタ１３１のコレクタ電極は端子１３７に接続されている。上記端子１３７は増幅器５００の点１０７に接続されている。トランジスタ１３１のエミッタ電極はトランジスタ１３２のコレクタ電極に接続されている。トランジスタ１３２のエミッタ電極はトランジスタ１３３のコレクタ電極に接続されている。トランジスタ１３３のエミッタ電極はトランジスタ１３４のコレクタ電極に接続されている。トランジスタ１３４のエミッタ電極はトランジスタ１３５のコレクタ電極に接続されている。トランジスタ１３５のエミッタ電極は端子１３６に接続され、当該端子１３６は、増幅器５００の点１０５に接続されている。
【００４６】
上記構成の保護回路１３０のオン電圧及びオン抵抗は、接続するトランジスタの数により設定される。例えば、トランジスタ１３１〜１３５のオン電圧が１．３Ｖの場合、保護回路１３０のオン電圧は、１．３×５＝６．５（Ｖ）となる。また、トランジスタ１３１の内部抵抗をＲ131とすると、オン抵抗は、Ｒ131×５（Ω）となる。
【００４７】
なお、オン電圧１．３Ｖのトランジスタ１３１〜１３５を用いるかわりに、オン電圧の高いトランジスタを１個又は２〜４個用いても同様の効果を得ることができる。更に、トランジスタ１３１〜１３５の内の１以上のトランジスタを上記実施の形態１に係る保護回路１００、又は、以下に説明する実施の形態３〜６にかかる保護回路１４０，１５０，１６０，１７０に置き換えても良い。
【００４８】
最終段のトランジスタ５０５に保護回路１３０を装着することで、上記実施の形態１に係る保護回路１００と同様に、３Ｖ系の低電源電圧（標準動作電圧）時の特性を犠牲にすることなく、過電源電圧動作時や出力負荷の不整合条件時のトランジスタ５０５の破壊を防止することができる。
【００４９】
保護回路１３０では、複数のトランジスタ１３１〜１３５を直列にダイオード接続するため、実施の形態１に係る保護回路１００に比べて寄生容量の低減を図ることができ、標準電圧動作時に当該寄生容量により生じる出力信号、及び、増幅率への影響を軽減することができる。
【００５０】
なお、付加される保護回路１３０は、複数のトランジスタを直列にダイオード接続するため、上記保護回路１００に比べてチップの占有面積は大きくなるが、上記実施の形態１の保護回路１００と同様に、増幅器５００の出力端子５０２に接続される回路の負荷インピーダンスが変動した場合に、電力増幅器５００を構成する最終段のトランジスタ５０５の負荷曲線の変動を抑制するアイソレータを介在させて、トランジスタ５０５の破壊を防ぐ場合に比べ、回路規模の大幅な小型化を図ることができる。
【００５１】
（４）実施の形態３
図５は、実施の形態３にかかる保護回路（第１保護回路）１４０を上記増幅器５００に採用した図である。なお、当該図は、増幅器５００の第２及び第３段目のトランジスタ５０４及び５０５周辺の回路のみを抜き出して表したものである。
【００５２】
保護回路１４０は、上記実施の形態１にかかる保護回路１００のトランジスタ１０３のコネクタ電極に抵抗１４１を接続したことを特徴とする。図中、保護回路１００と同じ構成物には同じ参照番号を付す。
【００５３】
上記構成の保護回路１４０のオン電圧は、（Ｒfb1＋Ｒfb2）／Ｒfb2×１．３（Ｖ）で求められる。オン抵抗の値は、上記抵抗１０１の値Ｒfb1の他、抵抗１４１の値Ｒfc1により調節することができる。これにより、帰還電流量をより細かに調節することができる。その他の効果は、実施の形態１にかかる保護回路１００と同じである。
【００５４】
（５）実施の形態４
図６は、実施の形態４にかかる保護回路（第１保護回路）１５０を増幅器５００に採用した図である。なお、当該図は、増幅器５００の第２及び第３段目のトランジスタ５０４及び５０５周辺の回路のみを抜き出して表したものである。
【００５５】
保護回路１５０は、上記実施の形態１にかかる保護回路１００のトランジスタ１０３のエミッタ電極に抵抗１５１を接続したことを特徴とする。図中、保護回路１００と同じ構成物には同じ参照番号を付す。
【００５６】
上記構成の保護回路１５０のオン電圧は、（Ｒfb1＋Ｒfb2）／Ｒfb2×１．３（Ｖ）で求められる。当該構成の保護回路１５０では、上記実施の形態３にかかる保護回路１４０と同様に、抵抗１０１の値Ｒfb1の他、抵抗１５１の値Ｒfe1によりオン抵抗を変更することができる。その他の効果は、上記実施の形態１にかかる保護回路１００と同じである。
【００５７】
（６）実施の形態５
図７は、実施の形態５にかかる保護回路（第１保護回路）１６０を増幅器５００に採用した図である。なお、当該図は、増幅器５００の第２及び第３段目のトランジスタ５０４及び５０５周辺の回路のみを抜き出して表したものである。
【００５８】
保護回路１６０は、上記実施の形態１にかかる保護回路１００のトランジスタ１０３のエミッタ電極にトランジスタ１６１をダイオード接続したことを特徴とする。図中、保護回路１００と同じ構成物には同じ参照番号を付す。
【００５９】
当該構成の保護回路１６０のオン電圧は、（Ｒfb1＋Ｒfb2）／Ｒｆｂ２×２．６（Ｖ）で求められる。一方、オン抵抗は、抵抗１０１の値Ｒfb1の他、追加したトランジスタ１６１のサイズにより決まる抵抗Ｒ161により調節することができる。なお、トランジスタ１６１は、トランジスタ１０３のコレクタ電極側に接続されても良い。
【００６０】
保護回路１６０の場合、図１に示した保護回路１００に比べて直列に接続されるトランジスタの数が１つ増える。このため、保護回路１６０では、保護回路１００に比べて寄生容量成分を低減することができ、標準動作電圧での出力信号波形、増幅率への寄生容量の影響を一層低減することができる。その他の効果については、上記実施の形態１に係る保護回路１００と同じである。
【００６１】
（７）実施の形態６
図８は、実施の形態６にかかる保護回路（第１保護回路）１７０を増幅器５００に採用した図である。なお、当該図は、増幅器５００の第２及び第３段目のトランジスタ５０４及び５０５周辺の回路のみを抜き出して表したものである。
【００６２】
保護回路１７０は、上記実施の形態１に係る保護回路１００の後段にトランジスタ１７１を直列にダイオード接続したことを特徴とする。図中、保護回路１００と同じ構成物には同じ参照番号を付す。
【００６３】
当該構成の保護回路１７０のオン電圧Ｖｆ１は、１．３＋（Ｒfb1＋Ｒfb2）／Ｒfb2×１．３（Ｖ）と表される。また、オン抵抗は、抵抗１０１の値Ｒfb1の他、追加したトランジスタ１７１のサイズにより決まる抵抗Ｒ171により調節することができる。
なお、保護回路１７０として、上記実施の形態１に係る保護回路１００の前段にトランジスタ１７１を接続した構成を採用してもよい。
【００６４】
保護回路１７０では、上記実施の形態５に係る保護回路１６０と同様に、トランジスタの数が２つに増えるため寄生容量が低減され、実施の形態１に係る保護回路１００に比べ、標準動作電圧での出力信号波形、増幅率への寄生容量の影響を低減することができる。その他の効果については上記実施の形態１に係る保護回路１００と同じである。
【００６５】
（８）実施の形態７
図９は、実施の形態７に係る保護回路１８０を増幅器５００に採用した図である。なお、当該図は、増幅器５００の第２及び第３段目のトランジスタ５０４及び５０５周辺の回路のみを抜き出して表したものである。
【００６６】
保護回路１８０は、点１０５と点１０７間に上記実施の形態１に係る保護回路１００と同じ構成の第１保護回路を装着すると共に、点１０６と点１０７間に抵抗１８１，１８２、及び、トランジスタ１８３で構成されるＶｂｅマルチプライヤ、並びに、当該Ｖｂｅマルチプライヤにｎ個のトランジスタ１８４、…、１８５を直列にダイオード接続してなる第２の保護回路を接続したことを特徴とする。なお、保護回路１００と同じ構成物には、同じ参照番号を付す。
【００６７】
例えば、トランジスタ５０５のブレークダウン電圧が１２Ｖである場合を想定する。また、トランジスタ１８３のエミッタ電極に直列にダイオード接続するトランジスタの数を４個とする。この場合、第２保護回路のオン電圧は、Ｖｆ２≒１．３＊４＋（Ｒｆｂ３＋Ｒｆｂ４）／Ｒｆｂ４×１．３（Ｖ）で表される。一方、第１保護回路のオン電圧は、Ｖｆｂ１≒（Ｒｆｂ１＋Ｒｆｂ２）／Ｒｆｂ２×１．３（Ｖ）で表される。上記第２保護回路のオン電圧は、第１保護回路のオン電圧よりも高い値に設定する。例えば、第１保護回路のオン電圧を８Ｖに、第２保護回路のオン電圧を１０Ｖに設定する。当該構成を採用することで、第１保護回路がオンしないうちは第２保護回路がオンすることはない。従って、電力制御電圧Ｖｐｃが０（Ｖ）の時には、トランジスタ５０５のコレクタ電流Ｉｃ３を確実に０（Ｖ）にすることができる。
【００６８】
過電源電圧時や負荷インピーダンスが不整合となり、負荷曲線の最大コレクタ電圧Ｖｃｅが高くなると、まず、コレクタ電圧Ｖｃｅが８Ｖを越えた時点で第１保護回路が帰還回路をとして機能を始め、更に、コレクタ電圧が１０Ｖを超えた場合には、第２保護回路もアクティブとなり、帰還回路として機能し始め、大幅なコレクタ電圧の制限が行われる。これにより、最大コレクタ電圧Ｖｃｅがブレークダウン電圧を超えてトランジスタ５０５が破壊されることを効果的に防止することができる。
【００６９】
保護回路１８０の第２保護回路では、複数のトランジスタ１８４、…、１８５を直列にダイオード接続するため、実施の形態１に係る保護回路１００に比べて寄生容量の低減を図ることができ、標準電圧動作時に当該寄生容量により生じる出力信号、及び、増幅率への影響を軽減することができる。
【００７０】
なお、保護回路１８０では、上記第２保護回路のオン電圧を第１保護回路のオン電圧よりも高くするために複数のトランジスタを備える構造上、実施の形態１に係る保護回路１００に比べてチップの占有面積は大きくなる。しかし、上記保護回路１００と同様に、増幅器５００の出力端子５０２に接続される回路の負荷インピーダンスが変動した場合に、電力増幅器５００を構成する最終段のトランジスタ５０５の負荷曲線の変動を抑制するアイソレータを介在させて、トランジスタ５０５の破壊を防ぐ場合に比べ、回路規模の大幅な小型化を図ることができる。
【００７１】
【発明の効果】
請求項１乃至７に記載の電力増幅器用保護回路は、過電源電圧動作時や出力負荷の不整合条件下における動作により増幅器を構成する最終段のトランジスタの最大コレクタ電圧Ｖｃｅがブレークダウン電圧を超え、増幅器が故障するのをトランジスタ自身のデバイス特性を改善することなく回路的に抑制することができる。
また、当該増幅器を構成する各トランジスタの各ベース電極に印加されるバイアス電圧を０（Ｖ）とした時に、コレクタ電極に印加される電圧が所定値以上の電圧が印加されている場合であっても、保護回路から帰還する電流を遮断してコレクタ電流Ｉｃを確実に０（Ａ）にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１に係る保護回路、及び、当該保護回路を装着する増幅器の構成図である。
【図２】  （ａ）は、保護回路を構成する抵抗値の変更に伴なうオン電源の変化を表し、（ｂ）は、保護回路を構成する抵抗値の変更に伴なうオン抵抗の変化を表す。
【図３】  保護回路を装着した増幅器の出力端子に接続される回路の負荷インピーダンスを変化させた場合のトランジスタのＩｃ−Ｖｃｅ特性及び負荷曲線を示す図である。
【図４】  実施の形態２に係る保護回路、及び、当該保護回路を装着する増幅器の構成図である。
【図５】  実施の形態３に係る保護回路、及び、当該保護回路を装着する増幅器の構成図である。
【図６】  実施の形態４に係る保護回路、及び、当該保護回路を装着する増幅器の構成図である。
【図７】  実施の形態５に係る保護回路、及び、当該保護回路を装着する増幅器の構成図である。
【図８】  実施の形態６に係る保護回路、及び、当該保護回路を装着する増幅器の構成図である。
【図９】  実施の形態７に係る保護回路、及び、当該保護回路を装着する増幅器の構成図である。
【図１０】  従来のＧＳＭ用電力増幅器の回路図である。
【図１１】  従来、増幅器の入出力端子間に接続された帰還回路である。
【図１２】  図１０に示すＧＳＭ用電力増幅の出力端に負荷インピーダンスを変更可能な回路を接続した場合の回路図である。
【図１３】  トランジスタのＩｃ−Ｖｃｅ特性及び負荷曲線を示す図である。
【図１４】  トランジスタのＩｃ−Ｖｃｅ特性及び負荷曲線を示す図である。
【符号の説明】
１００，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０  保護回路、１０１，１０２，１４１，１５１，１８１，１８２  抵抗、１０３，１３１，１３２，１３３，１３４，１３５，１６１，１７１，１８３，１８４，１８５，５０５  トランジスタ、
【図１】
0004446511.tif 000002
【図２】
0004446511.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004446511.tif 000007
【図７】
0004446511.tif 000008
【図８】
0004446511.tif 000009
【図９】
0004446511.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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