JP4287190B2 - 高周波増幅回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、増幅用トランジスタと、この増幅用トランジスタのベースにバイアス電流を供給するバイアス回路であって、温度補償機能を有するもとを備えた高周波増幅回路に関する。。
【0002】
【従来の技術】
携帯端末用の送信電力の高周波増幅回路として、バイポーラトランジスタが用いられ、そのベースにバイアスを供給するためのバイアス回路が接続される。そして、高周波増幅回路は温度に対する特性変化が小さいことが望まれるため、バイアス回路に温度補償機能を持たせている。
【0003】
図4に、温度補償機能を持つバイアス回路を有する従来の高周波増幅回路を示す。従来の高周波増幅回路は、RF(Radio Frequency)信号を増幅する増幅用トランジスタ1と、そのベースにバイアスを供給するバイアス回路2を有する。
【0004】
ここで、増幅用トランジスタ1は、コレクタが増幅用トランジスタコレクタ電源端子3に接続され、エミッタが接地されている。また、バイアス回路2は、外部からリファレンス電圧が入力されるリファレンス電圧入力端子4と、第1のトランジスタ5と、抵抗6及び7と、第1のトランジスタダイオード8と、第2のトランジスタダイオード9とを有している。
【0005】
まず、第1のトランジスタ5は、コレクタがバイアス回路用電源端子10に接続され、ベースが抵抗7を介してリファレンス電圧入力端子4に接続され、エミッタが増幅用トランジスタ1のベースに接続されている。
【0006】
また、第1のトランジスタ5のエミッタと増幅用トランジスタ1のベースとの接続点と接地点との間に、抵抗6が設けられている。そして、第1のトランジスタダイオード8及び第2のトランジスタダイオード9は、互いに直列に接続され、第1のトランジスタ5のベースと抵抗7との接続点と接地点との間に設けられている。
【0007】
第1のトランジスタ5及び抵抗6により、エミッタフォロワ回路が構成され、増幅用トランジスタ1に十分なベース電流を供給することができる。また、温度補償部である第1のトランジスタダイオード8及び第2のトランジスタダイオード9により、増幅用トランジスタ1のアイドル電流Icの温度特性を補償することができる。この補償できるレベルは、供給されるリファレンス電圧に大きく依存し、その電圧が高い程アイドル電流Icの温度変化を小さくすることが可能である。
【0008】
なお、第1のトランジスタダイオード7及び第2のトランジスタダイオード8として、ベースエミッタ間順方向電圧が1.2V程度のAlGaAs HBT(hetero junction bipolar transistor)を用いると、第1のトランジスタ4のベース電圧V1は2.4V程度になる。また、一般的に、リファレンス電圧として3Vが使用される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
増幅用トランジスタ1のアイドル電流の温度変化を小さくするためには、第1のトランジスタ5のベース電圧V1の温度変化によらず、第1のトランジスタ5の電流を一定にする必要がある。そのためにはこのトランジスタのベースに流れる電流を一定にすることが重要であり、すなわち抵抗7に流れる電流を、V1の変化によらず一定にする必要がある。この場合、抵抗7に流れる電流はリファレンス電圧とV1の電位差に比例するため、リファレンス電圧を極力大きくする事(3V以上)が必要であった。これにより、携帯端末機において、低電圧化を妨げ、部品点数の増加、消費電流の増加等を引き起こすという問題があった。
【0010】
また、従来の高周波増幅回路では、増幅用トランジスタ1からみたバイアス回路2のインピーダンス変化が、高周波増幅回路の高周波特性に大きな影響を与えるという問題があった。特に、高い線形性が要求されるCDMA変調等に用いられる高周波増幅回路では、バイアス回路のインピーダンス変化は、リファレンス電圧の変化によるバイアス回路2の動作変化に対して、小さいことが求められている。そして、増幅用トランジスタ1のアイドル電流のバラツキを小さくするため、リファレンス電圧に±1%程度の精度が要求されるという問題もあった。
【0011】
また、低周波のインピーダンスの影響により、高周波増幅回路の歪み特性或いは受信帯域雑音等の特性が劣化するという問題があった。
【0012】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その第1の目的は、リファレンス電圧を高くしなくても増幅用トランジスタのアイドル電流の温度変化を補償でき、高周波信号の帰還等による不安定動作を避けることができる高周波増幅回路を得るものである。また、第2の目的は、バイアス回路の動作変化に対するインピーダンス変化を小さくし、リファレンス電圧のバラツキに対する増幅用トランジスタのアイドル電流のバラツキを小さくできる高周波増幅回路を得るものである。そして、第3の目的は、歪み特性或いは受信帯域雑音等の特性を改善することができる高周波増幅回路を得るものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高周波増幅回路は、増幅用トランジスタと、この増幅用トランジスタのベースにバイアス電流を供給するバイアス回路を有する。そして、このバイアス回路は、外部からリファレンス電圧が入力されるリファレンス電圧入力端子と、コレクタが電源に接続され、ベースが前記リファレンス電圧入力端子に接続され、エミッタが前記増幅用トランジスタのベースに接続された第1のトランジスタと、コレクタが前記第1のトランジスタのエミッタ及び前記増幅用トランジスタのベースに接続され、エミッタが接地された第2のトランジスタと、コレクタが電源に接続され、ベースが前記リファレンス電圧入力端子に接続され、エミッタが前記第2のトランジスタのベースに接続された第3のトランジスタと、アノードが前記リファレンス電圧入力端子、前記第1のトランジスタのベース及び前記第3のトランジスタのベースに接続され、カソードが接地された温度補償用ダイオードと、一端が前記第3のトランジスタのエミッタ及び前記第2のトランジスタのベースに接続され、他端が接地された第1の抵抗とを有する。この発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における高周波増幅回路を示す回路図である。図4と同様の構成要素には、同じ番号を付し、詳しい説明は省略する。この実施の形態1の高周波増幅回路は、増幅用トランジスタ1と、この増幅用トランジスタ1のベースにバイアス電流を供給するバイアス回路20とを有する。
【0015】
このバイアス回路20は、リファレンス電圧入力端子4と、第1のトランジスタ5と、抵抗7,21,22,25及び26と、第1のトランジスタダイオード8と、第2のトランジスタダイオード9と、第2のトランジスタ23と、第3のトランジスタ24とを有している。
【0016】
ここで、第1のトランジスタ5は、コレクタがバイアス回路用電源端子10に接続され、ベースが抵抗21及び抵抗7を介してリファレンス電圧入力端子4に接続され、エミッタが増幅用トランジスタ1のベースに接続されている。これにより、第1のトランジスタ5は、増幅用トランジスタ1のベースにリファレンス電圧に応じたバイアス電流を供給する。
【0017】
また、第2のトランジスタ23は、第1のトランジスタ5と増幅用トランジスタ1のベースとの接続点にコレクタが接続され、エミッタが接地されている。そして、第1のトランジスタ5と増幅用トランジスタ1との接続点と第2のトランジスタ23のコレクタとの間に、抵抗22が設けられている。
【0018】
また、第3のトランジスタ24は、コレクタがバイアス回路用電源端子10に接続され、ベースが抵抗25及び抵抗7を介してリファレンス電圧入力端子4に接続され、エミッタが第2のトランジスタ23のベースに接続されている。また、第3のトランジスタ24のエミッタと接地点との間に、抵抗25が設けられている。これにより、第3のトランジスタ24は、第2のトランジスタ23のベースにリファレンス電圧に応じたバイアス電流を供給する。
【0019】
そして、温度補償部である第1のトランジスタダイオード8及び第2のトランジスタダイオード9は、リファレンス電圧入力端子4と第3のトランジスタ24との接続点(抵抗7と抵抗25との接続点)と接地点の間に設けられている。
【0020】
上記のように、本実施の形態1の高周波増幅回路は、温度補償部である第1のトランジスタダイオード8及び第2のトランジスタダイオード9に加えて、温度補償用トランジスタである第2のトランジスタ23を設けている。この第2のトランジスタ23による温度補償機能を以下に説明する。
【0021】
まず、低温の場合、第3のトランジスタ24のコレクタ電流が減少し、抵抗26に流れる電流も減少する。そのため、第2のトランジスタ23のベース電圧が下がり、そのコレクタ電流は減少する方向に動作する。そして、第1のトランジスタ5のベースエミッタ間電圧が下がり、このバイアス回路20の出力するバイアス電圧は、図4に示す従来のバイアス回路2と比較して高くなり、低温で高くなる増幅用トランジスタのしきい電圧を補償することができる。
【0022】
一方、高温の場合、第2のトランジスタ23のコレクタ電流は増加する方向に動作する。そして、第1のトランジスタ5のベース・エミッタ間電圧が上がり、このバイアス回路20の出力するバイアス電圧は、図4に示す従来のバイアス回路2と比較して低くなり、高温で低くなる増幅用トランジスタのしきい電圧を補償することができる。
【0023】
よって、本実施の形態1の高周波増幅回路は、リファレンス電圧を高くしなくても増幅用トランジスタ1のアイドル電流の温度変化を補償できる。
【0024】
また、本実施の形態1の高周波増幅回路において、第2のトランジスタ23のベースバイアスを与えるエミッタフォロア回路である第3のトランジスタ24は、温度補償部とは別に構成されている。このため、温度保証用トランジスタである第2のトランジスタ23の動作は、温度補償部に流れる電流に直接影響を受けず、高周波信号の帰還等による不安定動作を避けることができる。
【0025】
また、本実施の形態1の高周波増幅回路は、第1のトランジスタ5と増幅用トランジスタ1のベースとの接続点と第2のトランジスタ23のコレクタの間に、抵抗22を設けている。この抵抗22の抵抗値を十分大きくすることで、温度変化に伴って第2のトランジスタ23の動作電流が変化しても、増幅用トランジスタ1から見たバイアス回路20の抵抗22側のインピーダンス変化を小さくすることができる。
【0026】
そして、リファレンス電圧入力端子4に供給されるリファレンス電圧が変化した場合、第2のトランジスタ23にリファレンス電圧に応じたコレクタ電流が流れ、第1のトランジスタ5のベースエミッタ間電圧が変化し、リファレンス電圧の変化を補償することで、バイアス回路20の出力電圧の変化を小さく抑えることができる。これにより、リファレンス電圧のバラツキに対する増幅用トランジスタのアイドル電流のバラツキを小さくできる。又、リファレンス電圧が変化した場合にも、第2のトランジスタ23のコレクタ電流が変化するが、抵抗22を設けることにより、増幅用トランジスタ1から見たバイアス回路20のインピーダンスの変化を小さくすることができる。
【0027】
実施の形態2.
図2はこの発明の実施の形態2における高周波増幅回路を示す回路図である。図1と同様の構成要素には、同じ番号を付し、詳しい説明は省略する。実施の形態2における高周波増幅回路は、増幅用トランジスタ1と、この増幅用トランジスタ1のベースにバイアス電流を供給するバイアス回路30とを有する。
【0028】
このバイアス回路30は、実施の形態1におけるバイアス回路20の構成要素に加えて、第1のトランジスタ5のコレクタとエミッタの間に設けられた第1の容量31と、第1のトランジスタ5のコレクタと接地点との間に設けられた第2の容量32とを更に有する。
【0029】
この第1の容量31及び第2の容量32の容量値として適当な値を選択することで、増幅用トランジスタ1からみたバイアス回路30のインピーダンスを所望の周波数に対してショートに見せることが可能となる。ここで、高周波増幅回路の歪み特性或いは受信帯域雑音等の特性は、低周波のインピーダンスの影響が大きい。そのため、低周波のインピーダンスをショートに見せるために、第1の容量31及び第2の容量32の容量値として、1000pF程度の大きい容量を選択する。これにより、歪み特性或いは受信帯域雑音等の特性を改善することができる。
【0030】
実施の形態3.
図3はこの発明の実施の形態3における高周波増幅回路を示す回路図である。図1と同様の構成要素には、同じ番号を付し、詳しい説明は省略する。実施の形態3における高周波増幅回路は、増幅用トランジスタ1と、この増幅用トランジスタ1のベースにバイアス電流を供給するバイアス回路40とを有する。
【0031】
このバイアス回路40は、実施の形態1におけるバイアス回路20の構成要素のうち、第1のトランジスタダイオード8及び第2のトランジスタダイオード9に代えて、第4のトランジスタ41と、抵抗42と、第5のトランジスタ43とを有する。
【0032】
ここで、第4のトランジスタ41は、コレクタがバイアス回路用電源端子10に接続され、ベースが抵抗7を介してリファレンス電圧入力端子4に接続され、エミッタが抵抗42を介して接地されている。また、第5のトランジスタ43は、コレクタが抵抗7を介してリファレンス電圧入力端子4に接続され、ベースが第4のトランジスタ41と抵抗42の接続点に接続され、エミッタが接地されている。
【0033】
このように、温度補償部を第4のトランジスタ41及び第5のトランジスタ43からなるカレントミラー回路で構成している。このため、実施の形態1のように温度補償部をトランジスタダイオードで構成したものに比べ、温度に対して補償できるレベルが大きくなり、温度特性は更に改善される。
【0034】
なお、上記実施の形態1〜3では、増幅用トランジスタが一段の場合について説明したが、本発明は多段高周波増幅回路に対しても適用できる。また、増幅用トランジスタとバイアス回路を同一チップ上に構成しても、別チップ上に構成しても同様の効果を奏する。
【0035】
【発明の効果】
本発明により、リファレンス電圧を高くしなくても増幅用トランジスタのアイドル電流の温度変化を補償でき、高周波信号の帰還等による不安定動作を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1における高周波増幅回路を示す回路図である。
【図2】 実施の形態2における高周波増幅回路を示す回路図である。
【図3】 実施の形態3における高周波増幅回路を示す回路図である。
【図4】 従来の高周波増幅回路を示す回路図である。
【符号の説明】
1 増幅用トランジスタ
4 リファレンス電圧入力端子
5 第1のトランジスタ
8 第1のトランジスタダイオード(温度補償部)
9 第2のトランジスタダイオード(温度補償部)
20 バイアス回路
22 抵抗
23 第2のトランジスタ
24 第3のトランジスタ
30 バイアス回路
31 第1の容量
32 第2の容量
40 バイアス回路
41 第4のトランジスタ(温度補償部)
42 抵抗(温度補償部)
43 第5のトランジスタ(温度補償部)
Claims (3)
- 増幅用トランジスタと、
この増幅用トランジスタのベースにバイアス電流を供給するバイアス回路とを備え、
このバイアス回路は、
外部からリファレンス電圧が入力されるリファレンス電圧入力端子と、
コレクタが電源に接続され、ベースが前記リファレンス電圧入力端子に接続され、エミッタが前記増幅用トランジスタのベースに接続された第1のトランジスタと、
コレクタが前記第1のトランジスタのエミッタ及び前記増幅用トランジスタのベースに接続され、エミッタが接地された第2のトランジスタと、
コレクタが電源に接続され、ベースが前記リファレンス電圧入力端子に接続され、エミッタが前記第2のトランジスタのベースに接続された第3のトランジスタと、
アノードが前記リファレンス電圧入力端子、前記第1のトランジスタのベース及び前記第3のトランジスタのベースに接続され、カソードが接地された温度補償用ダイオードと、
一端が前記第3のトランジスタのエミッタ及び前記第2のトランジスタのベースに接続され、他端が接地された第1の抵抗とを有することを特徴とする高周波増幅回路。 - 一端が前記第1のトランジスタのエミッタ及び前記増幅用トランジスタのベースに接続され、他端が前記第2のトランジスタのコレクタに接続された第2の抵抗を更に有することを特徴とする請求項1記載の高周波増幅回路。
- 前記第1のトランジスタのコレクタとエミッタの間に設けられた第1の容量と、前記第1のトランジスタのコレクタと接地点との間に設けられた第2の容量とを更に有することを特徴とする請求項1記載の高周波増幅回路。
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