(57)【要約】高周波増幅回路が増幅用トランジスタと、この増幅用トランジスタに接続されるバイアス回路で構成される。このバイアス回路は、増幅用トランジスタのアイドリング電流を制御するための第一のバイアスサブ回路と、増幅用トランジスタのバイアスインピーダンスを独立に制御する第二のバイアスサブ回路を備える。このような構成を用いることにより、増幅用トランジスタのバイアスインピーダンスを独立に制御して、効率を向上させると共にリニアリティと調整能力の改善を行いながら、増幅用トランジスタのゲインと動作級を設定することが可能となる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅用トランジスタと、前記増幅用トランジスタに接続されるバイアス回路を有し、
前記バイアス回路は、前記増幅用トランジスタのアイドリング電流を制御するための第一のバイアスサブ回路と、前記増幅用トランジスタのバイアスインピーダンスを独立に制御する第二のバイアスサブ回路と、
を備えることを特徴とする、高周波増幅回路。
【請求項２】
前記第１と第２のサブバイアス回路は、それぞれ独立に調整可能な電流源と電流ミラーを備えることを特徴とする、請求項１に記載の高周波増幅回路。
【請求項３】
前記バイアス回路が、インダクタを介して前記増幅用トランジスタに接続されることを特徴とする、請求項１に記載の高周波増幅回路。
【請求項４】
前記バイアス回路が、抵抗を介して前記増幅用トランジスタに接続されることを特徴とする、請求項１に記載の高周波増幅回路。
【請求項５】
前記増幅用トランジスタと前記バイアス回路がバイポーラトランジスタで構成され、前記増幅用トランジスタがエミッタ接地され、前記バイアス回路が前記増幅用トランジスタのベースに接続されることを特徴とする、請求項１に記載の高周波増幅回路。
【請求項６】
高周波増幅回路の増幅用トランジスタに接続されるバイアス回路において、前記バイアス回路は、前記増幅用トランジスタのアイドリング電流を制御するための第１のサブ回路と、前記増幅用トランジスタのバイアスインピーダンスを独立に制御する第２のサブ回路を備えることを特徴とするバイアス回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、トランジスタ増幅回路に係り、特に、高周波増幅回路と増幅回路用のバイアス回路に関する。
【０００２】
一般に、高周波増幅回路の出力段は、電圧源または電流源によりそのベースをバイアスされているエミッタ接地のバイポーラトランジスタである。
【０００３】
集積回路の中で、出力段にバイアスをかけるための簡単な方法は、ベースに定電流源を接続することである。この電流源は、出力段のアイドリング電流を直接的に制御できる。しかし、ベースに電流源を接続される出力段のコレクタ―エミッタ間降伏電圧は、ベースに電圧源を接続されるもののコレクタ―エミッタ間降伏電圧よりも低い。したがって、電流源に代わり、出力トランジスタのベースに電圧源を接続する技術が用いられる。しかし、この技術の欠点は、ベース電流と電圧の間に指数関数的な関係があるため、ベース電圧を変えてアイドリング電流をコントロールすることが難しいことである。
【０００４】
本願にも共通する共同発明者によりなされた米国特許第５、８２８、２６９号には、出力段のアイドリング電流をコントロールする別の先行技術が示されている。しかしながら、この文献で示される技術は、出力トランジスタ用のバイアス段が、他の定電流源により制御されるＲＦ信号パス中のエミッタフォロアで構成される。したがって、バイアス段の出力インピーダンスが、エミッタフォロア段と出力段の両方に影響を与えてしまうという、最適とは言えない結果となってしまう。
【０００５】
従って、高周波増幅回路のパラメータの操作性を強化するためには、出力段のアイドリング電流と、ＲＦ信号パス中に配置されていないバイアス段の出力インピーダンス（すなわち、出力段のバイアスインピーダンス）を、バイアス回路が独立且つ直接に制御するような高周波増幅回路が望ましい。
【０００６】
従って、本発明の目的は、出力段のアイドリング電流と、ＲＦ信号パス中に配置されていないバイアス段の出力インピーダンスの両方を、バイアス回路が、独立且つ直接に制御するようにした高周波増幅回路を提供することにある。このような構成により、卓抜したゲイン制御性と動作級を実現でき、更に最適な効率とリニアリティを得るべく回路を調整することを可能にする。
【０００７】
本発明によれば、上記目的は、増幅用トランジスタとこの増幅用トランジスタに結合されるバイアス回路を備える新規の高周波増幅回路によって達成される。なお、前記バイアス回路は、増幅用トランジスタのアイドリング電流を制御する第一のバイアス用サブ回路と、増幅用トランジスタのバイアスインピーダンスを独立に制御する第二のバイアス用サブ回路を有する。
【０００８】
本発明の実施例においては、第１、第２のバイアス用サブ回路は、各々独立調整可能な電流源と電流ミラーを備える。
【０００９】
本発明の他の実施例は、上述のような形式の高周波増幅回路の増幅用トランジスタに結合されるバイアス回路を示している。
【００１０】
本発明に係る、増幅およびバイアス回路の構成においては、出力段のアイドリング電流とバイアス段の出力インピーダンスを、独立且つ直接に制御することで、増幅利得と動作級を、高効率で高リニアリティを実現しながら、精密に制御することができる、と言う著しい改善を実現できる。
【００１１】
以下、詳細に述べる実施例を参照しながら、本発明の、上述の及び他の特徴を明らかにして行く。
【００１２】
以下、本発明の完全な理解のために、高周波増幅回路の概略構成図に基づき、本発明を更に詳細に説明する。
【００１３】
図１は、高周波増幅回路１の概略構成図である。この増幅回路は増幅用トランジスタ１１と、インダクタ１０ａ、またはこれに代わるものとして用いられる抵抗１０ｂ（破線で示す）のいずれかを介して、このトランジスタ１１のベースに接続されるバイアス回路２とで構成される。このバイアス回路２は６つのバイポーラトランジスタ（１２−１７）およびＶｃｃとＧＮＤの間に接続されるふたつの電流源１８、１９を有する。バイアス回路２については後に詳細を説明する。高周波回路の基本構成は、入力信号Ｖｉｎを増幅用トランジスタ１１のベースに供給する入力用カプリングコンデンサ２０とエミッタ接地されるトランジスタ１１をインダクタ２１を介してＶｃｃとＧＮＤの間に接続したものとして構成される。この高周波増幅回路１の出力Ｖｏｕｔは、トランジスタ１１のコレクタから取り出される。
【００１４】
本発明によれば、増幅用トランジスタ１１はそのベースを、（インダクタ１０ａまたは抵抗１０ｂを通じた）ひとつの経路を介して、バイアス回路２に接続されている。このバイアス回路は、二つのサブ回路を備えるが、これらは二つの電流源１８および１９の働きにより増幅用トランジスタのアイドリング電流とバイアス段の出力インピーダンス（出力段バイアスインピーダンス）を独立に且つ直接に制御する。これらの制御方法については後に更に詳細に説明する。
【００１５】
本発明の実施例においては、バイアスサブ回路は、いずれも電流源と電流ミラーを備える。これにより、電流源１８はトランジスタ１５、１６で構成される電流ミラーを介してバイアス電流を供給し、一方、電流源１９はトランジスタ１２、１４、１７で構成される電流ミラーを介してバイアス電流の要素を作り出す。
【００１６】
動作の際には、高周波増幅回路１の増幅用トランジスタ１１はＡＢ級動作を行うために、典型的にバイアスされる。しかしながら、ＲＥ入力の電力が極めて小さい場合、増幅用トランジスタはＡ級動作させるのが望ましい。従って、増幅器のゲインと動作級を制御する必要があり、加えて増幅器の効率とリニアリティは独立に制御されることが望ましい。
【００１７】
これらのパラメータの独立制御は、本発明に係る、バイアス回路２にそれぞれ独立に設けられたふたつの電流源１８、１９により実現される。ひとつは出力段のアイドリング電流とその動作級を制御する電流源１８であり、もうひとつは出力ドライブ電流とバイアス段の出力インピーダンス（出力段バイアスインピーダンス）を制御する電流源１９である。これらの電流源を所望の値に設定することにより、動作級とバイアスインピーダンスの直接的且つ独立な制御が効果的に実施できる。
【００１８】
図示の回路中において、出力段の零入力時（アイドリング）出力電流は、電流源１８により供給される電流に比例しており、従って動作級も設定され、これに対し、電流源１９によりバイアス段の出力インピーダンスは独立に制御される。このようにして、ここに開示された回路は、出力段のゲインを、バイアスインピーダンスのレベルに影響を与えることなく、調整することが可能である。
【００１９】
このような場合において、この回路の中の全てのトランジスタが同じで十分にマッチしているとみなした場合、キルヒホッフの法則に従えば、トランジスタ１１と１３のベース―エミッタ間電圧の和は、トランジスタ１２、１４のベース―エミッタ間電圧の和に等しくなければならない。トランジスタ１３のベース―エミッタ間電圧は、実質的にトランジスタ１２のそれに等しいので、トランジスタ１１のベース―エミッタ間電圧は実質的にトランジスタ１４のそれに等しい。電流源１８からの電流はトランジスタ１６に流れるので電流は、トランジスタ１４、１５を流れる。この理由は、トランジスタ１５、１６が電流ミラーを構成しているからである。これにより、電流源１８の電流は、出力トランジスタ１１のアイドリング電流と、加えてその動作級及びゲインとを決定付ける。
【００２０】
同様に、この回路の中の全てのトランジスタが全く同じで完全に適合していると仮定した場合、電流源１９からの電流は、バイアス回路の出力インピーダンスを制御することになる。トランジスタ１２、１４、１７は電流ミラーを構成していねので、電流源１９からのトランジスタ１７を流れる電流は、トランジスタ１３へ、さらにトランジスタ１２に流れる。トランジスタ１２，１３，１４、１７は低インピーダンスなパスを構成しており、バイアス回路の出力インピーダンスは、トランジスタ１２、１７により実質的に決定され、これは電流源１９から供給される電流の支配を受けるためである。
【００２１】
当業者には周知の技術に基づき、トランジスタ対の間のエミッタ比を適切に設定することにより、電流源１９の電流により独立に制御されるバイアス回路の出力インピーダンスにより、トランジスタ１１のアイドリング電流は、電流源１８を流れる電流の値に直接的に比例させることが可能である。このようにして、本発明では、増幅用トランジスタ１１のアイドリング電流を制御することができ、一方、バイアスインピーダンスレベルを効率とリニアリティ向上に合わせて独立に設定される。
【００２２】
図面に示される回路において、インダクタ１０ａは、バイアス回路を、ＲＦパスから分離した形で、増幅用トランジスタ１１に接続する。しかしながら、インダクタは、集積回路中では比較的広い面積を占めながら、比較的低いＱファクターしか持っていないため、このような目的のためにインダクタを用いることは、経済性、効率共に劣る。従って、破線で接続される抵抗１０ｂを示した。これは、経済性および効率の少なくともいずれか一方の目的で、バイアス回路と増幅用トランジスタの間に入れる結合素子として、インダクタ１０ａに代わり抵抗１０ｂが用いられることを示している。加えて、抵抗１０ｂを用いることは、増幅用トランジスタをＡ級動作からＡＢ級動作に移行させるための制御を行い易くするが、この抵抗を通じての電圧低下が実質的にひとつのベース―エミッタ間電圧よりも少なければ、上の分析は成立する。
【００２３】
このようにして、本発明は、増幅用トランジスタのアイドリング電流と、ＲＦ信号パス中に配置されていないバイアス段の出力インピーダンスを独立且つ直接に制御するようにした高周波増幅回路を提供する。このような構成により、増幅器のゲインと動作級の効果的な制御が可能となり、同時に、効率と線形性を向上させることができる。
【００２４】
以上、本発明を、これに特定して例示されたいくつかの好ましい実施例で示してきたが、当業者においては、構成や詳細における様々な変形例も本発明の精神と範囲内で成されるものと理解されるべきである。従って、例えば、異なる形式のトランジスタも採用可能であり、特定の設計要求に合わせて作られる回路構成の変更も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図は高周波増幅回路１の概略構成図である。
【国際公開パンフレット】
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