CN102857179A - 功率放大器 - Google Patents

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CN102857179A CN2012102121266A CN201210212126A CN102857179A CN 102857179 A CN102857179 A CN 102857179A CN 2012102121266 A CN2012102121266 A CN 2012102121266A CN 201210212126 A CN201210212126 A CN 201210212126A CN 102857179 A CN102857179 A CN 102857179A
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山本和也
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Abstract

本发明获得对于元件差异及频率特性不敏感且低损耗的功率放大器。放大元件(Tr1)放大从输入端子(IN)输入的输入信号。放大元件(Tr2)对放大元件(Tr1)的输出信号进行放大。放大元件(Tr2)的输出信号从输出端子(OUT)输出。匹配电路(M3a、M3b)连接在放大元件(Tr2)的输出与输出端子(OUT)之间。开关(SW1)连接在放大元件(Tr1)的输出与放大元件(Tr2)的输入之间。开关(SW2)的一端连接到放大元件(Tr1)的输出。匹配电路(M3a、M3b)具有串联连接在放大元件(Tr2)的输出与接地点之间的电感器(L5)及电容器(C1)。在连接电感器(L5)与电容器(C1)的连接点(X)连接有开关(SW2)的另一端。

Description

功率放大器
技术领域
本发明涉及用于便携电话等的功率放大器。
背景技术
由于功率放大器在便携电话的消耗功率之中占有较大的权重,所以为了低消耗功率化,功率放大器高效率化就很重要。因而,采用通过开关来切换高输出模式与低输出模式的功率放大器(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利公开特开平7-336168号公报。
发明内容
在以往的功率放大器中,从低输出用的输出匹配电路的各点来估计输出侧的阻抗的轨迹通过低阻抗区域。从而,因流过较多电流,所以由于电感器、电容器以及开关的寄生电阻而损耗较大。另外,对于电感及电容等的元件差异及频率特性较敏感。
本发明就是为了解决如上所述的课题而完成的,其目的是获得对于元件差异及频率特性不敏感且低损耗的功率放大器。
本发明所涉及的功率放大器包括:输入端子,输入输入信号;第1放大元件,放大所述输入信号;第2放大元件,放大所述第1放大元件的输出信号;输出端子,输出所述第2放大元件的输出信号;匹配电路,连接在所述第2放大元件的输出与所述输出端子之间;第1开关,连接在所述第1放大元件的输出与所述第2放大元件的输入之间;以及第2开关,其一端连接到所述第1放大元件的输出,所述匹配电路具有串联连接在所述第2放大元件的输出与接地点之间的第1电感器及第1电容器,在连接所述第1电感器与所述第1电容器的连接点连接有所述第2开关的另一端。
根据本发明,就能够获得对于元件差异及频率特性不敏感且低损耗的功率放大器。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1所涉及的功率放大器的电路图;
图2是表示比较例所涉及的功率放大器的电路图;
图3是表示从本发明实施方式1的高输出用的匹配电路的各点来估计输出侧的阻抗的图;
图4是表示从比较例的低输出用的匹配电路的各点来估计输出侧的阻抗的图;
图5是表示从本发明实施方式1的低输出用的匹配电路的各点来估计输出侧的阻抗的图;
图6是表示本发明实施方式2所涉及的功率放大器的电路图;
图7是表示从本发明实施方式2的高输出用的匹配电路的各点来估计输出侧的阻抗的图;
图8是表示从本发明实施方式2的低输出用的匹配电路的各点来估计输出侧的阻抗的图;
图9是表示本发明实施方式3所涉及的功率放大器的电路图;
图10是表示本发明实施方式4所涉及的功率放大器的电路图;
图11是表示本发明实施方式5所涉及的功率放大器的电路图;
图12是表示本发明实施方式6所涉及的功率放大器的电路图。
图13是表示本发明实施方式7所涉及的功率放大器的电路图;
图14是表示本发明实施方式8所涉及的功率放大器的电路图;
图15是表示本发明实施方式9所涉及的功率放大器的电路图;
图16是表示本发明实施方式10所涉及的功率放大器的电路图;
图17是表示本发明实施方式11所涉及的功率放大器的电路图。
【附图标记说明】
C1~C10:电容器;IN:输入端子;L1~L13:电感器;M3a、M3b、M3c:匹配电路;OUT:输出端子;SW1~SW4:开关;Tr1~Tr3:放大元件。
具体实施方式
参照附图就本发明实施方式所涉及的功率放大器进行说明。有时候在相同或者对应的构成要素上附加相同标记,并省略重复的说明。
实施方式1.
图1是表示本发明实施方式1所涉及的功率放大器的电路图。在输入端子IN经由匹配电路M1连接有放大元件Tr1的输入(基极)。在放大元件Tr1的输出(集电极)与放大元件Tr2的输入之间连接有开关SW1和匹配电路M2。在放大元件Tr2的输出与输出端子OUT之间连接有匹配电路M3a。
在放大元件Tr1的输出连接有开关SW2的一端。放大元件Tr1的输出经由开关SW2和匹配电路M3b连接到输出端子OUT。集电极电压从电源Vcc分别经由电感器L1、L2供给到放大元件Tr1、Tr2。
输出匹配电路具有高输出用的匹配电路M3a和低输出用的匹配电路M3b,两者通过开关SW3来切换。匹配电路M3a用电感器L3、L4、L5和电容器C1、C2、C3构成。匹配电路M3b用电感器L4、L5、L6和电容器C1、C2、C3、C4构成。高输出用的匹配电路M3a为了尽量降低损耗而不包含成为损耗的开关SW3。
在匹配电路M3a、M3b中,电感器L5与电容器C1串联连接在放大元件Tr2的输出与接地点之间。在连接电感器L5与电容器C1的连接点X经由电感器L6与开关SW3连接有开关SW2的另一端。
此外,虽然实际上还有对放大元件Tr1、Tr2、Tr3的基极供给基极电流的基极偏置电路、控制开关SW1~SW5及放大元件Tr1、Tr2、Tr3的ON/OFF(接通/断开、导通/截止)的控制电路等,但在图中省略。
接下来就动作进行说明。在高增益/高输出模式(第1模式)下,通过控制电路分别将开关SW1设定成ON,将开关SW2、SW3设定成OFF,将晶体管Tr1、Tr2设定成ON。首先,放大元件Tr1放大从输入端子IN所输入的输入信号。接着,第2放大元件Tr2对放大元件Tr1的输出信号进行放大。之后,放大元件Tr2的输出信号经由高输出用的匹配电路M3a从输出端子OUT输出。
另一方面,在低增益/低输出模式(第2模式)下,通过控制电路分别将开关SW2、SW3设定成ON,将开关SW1设定成OFF,将晶体管Tr1设定成ON,将晶体管Tr2设定成OFF。首先,放大元件Tr1放大从输入端子IN所输入的输入信号。之后,放大元件Tr1的输出信号经由低输出用的匹配电路M3b从输出端子OUT输出。
接下来,就本实施方式的效果与比较例相比较来进行说明。图2是表示比较例所涉及的功率放大器的电路图。没有电感器L5且电容器C1变成电容器C5这一点不同于实施方式1。这里,实施方式1的L5和C1的值如下进行设定以便可看成与比较例的C5相同的电容。
【数式1】
Figure 2012102121266100002DEST_PATH_IMAGE001
图3是表示从本发明实施方式1的高输出用的匹配电路M3a的各点(A~F)来估计输出侧的阻抗的图。具体而言,就是将从各点来估计输出侧的所希望频率下的阻抗绘制在特性阻抗50Ω的史密斯圆图(Smith chart)上的图。该高输出用的匹配电路M3a的各点的阻抗在比较例中也同样如此。
图4是表示从比较例的低输出用的匹配电路M3b的各点(A~D、G、H)来估计输出侧的阻抗的图。从E点及G点估计的输出侧的阻抗较低。从而,流过较多电流,所以由于电感器及电容器的寄生电阻、开关SW3的寄生电阻而损耗变大。另外,阻抗的轨迹通过低阻抗区域,所以对于电感及电容等的元件差异及频率特性变得敏感。
另一方面,图5是表示从本发明实施方式1的低输出用的匹配电路M3b的各点(A~D、E1、E2、G、H)来估计输出侧的阻抗的图。阻抗的轨迹不通过低阻抗区域。从而,电感器及电容器的寄生电阻、开关SW3的寄生电阻所造成的损耗变小。另外,对于电感及电容等的元件差异及频率特性变得不敏感。
实施方式2.
图6是表示本发明实施方式2所涉及的功率放大器的电路图。高输出用的匹配电路M3a用电感器L3、L7和电容器C2、C3、C5、C6构成。低输出用的匹配电路M3b用电感器L6、L7和电容器C2、C3、C4、C5、C6构成。这里,实施方式2的L7和C6的值如下进行设定以便可看成与比较例的L4相同的电感。
【数式2】
Figure 457482DEST_PATH_IMAGE002
在匹配电路M3a、M3b中,电感器L7与电容器C6串联连接在放大元件Tr2的输出与输出端子OUT之间。在连接电感器L7与电容器C6的连接点Y经由电感器L6与开关SW3连接有开关SW2的另一端。其他的构成与实施方式1相同。
图7是表示从本发明实施方式2的高输出用的匹配电路M3a的各点(A~F、D1)来估计输出侧的阻抗的图。该高输出用的匹配电路M3a的各点的阻抗与实施方式1及比较例相同。
图8是表示从本发明实施方式2的低输出用的匹配电路M3b的各点(A~C、D1、D2、G、H)来估计输出侧的阻抗的图。阻抗的轨迹不通过低阻抗区域,所以电感器及电容器的寄生电阻、开关SW3的寄生电阻所造成的损耗变小。另外,对于电感及电容等的元件差异及频率特性变得不敏感。
实施方式3.
图9是表示本发明实施方式3所涉及的功率放大器的电路图。本实施方式是对实施方式1追加了低增益/低输出模式(第3模式)的构成。
高输出用的匹配电路M3a用电感器L3、L4、L5和电容器C1、C2、C3构成。低输出用的匹配电路M3b用电感器L4、L5、L6、L8、L9和电容器C1、C2、C3、C7、C8构成。低输出用的匹配电路M3c在匹配电路M3b的构成之上再加上电感器L9、电容器C8和开关SW5而构成。
在开关SW2的另一端与接地点之间串联连接有电感器L7与电容器C8。第3放大元件Tr3放大输入信号。开关SW4的一端连接到放大元件Tr3的输出。开关SW4的另一端经由电感器L9与开关SW5连接在电感器L7与电容器C8之间。其他的构成与实施方式1相同。
第1、第2模式的动作与实施方式1相同。在第3模式下,通过控制电路分别将开关SW1、SW2设定成OFF,将开关SW3、SW4、SW5设定成ON,将放大元件Tr1、Tr2设定成OFF,将放大元件Tr3设定成ON。
在匹配电路M3c中,第3模式的路径(path)的取出口Z因经由电感器L8故较第2模式的路径的取出口X更加处于高阻抗侧。从而,相对于第3模式就成为更低损耗。
实施方式4.
图10是表示本发明实施方式4所涉及的功率放大器的电路图。在开关SW2的另一端与连接点X之间串联连接有电感器L10、电容器C9和开关SW3。经由电感器L9和开关SW5,开关SW4的另一端连接在电感器L10与电容器C9之间。其他的构成与实施方式3相同。据此,就能够分别设定针对第2、第3模式的取出口的阻抗,所以匹配电路的调整变得容易。
实施方式5.
图11是表示本发明实施方式5所涉及的功率放大器的电路图。经由电感器L9和开关SW5,开关SW4的另一端连接到连接点X。从而,与针对第2、第3模式的取出口(take-out port)对应的取出位置相同,并通过开关来切换路径。据此,在第3模式时通过的开关数变少,所以就成为低损耗。
实施方式6.
图12是表示本发明实施方式6所涉及的功率放大器的电路图。在电感器L5与电容器C1之间连接有电感器L11。开关SW2的另一端连接到电感器L11的一端,开关SW4的另一端连接到电感器L11的另一端。其他的构成与实施方式5相同。据此,就能够分别设定针对第2、第3模式的取出口的阻抗,所以匹配电路的调整变得容易。
实施方式7.
图13是表示本发明实施方式7所涉及的功率放大器的电路图。开关SW4的一端连接到放大元件Tr3的输出。经由电感器L9和开关SW5,开关SW4的另一端连接到电感器L7与电容器C6之间的连接点Y。其他的构成与实施方式2相同。
从而,与针对第2、第3模式的取出口对应的引出位置相同,并通过开关来切换路径。据此,在第3模式时通过的开关数变少,所以就成为低损耗。
实施方式8.
图14是表示本发明实施方式8所涉及的功率放大器的电路图。在电感器L4与电容器C6之间连接有电感器L12。开关SW2的另一端连接到电感器L12的一端,开关SW4的另一端连接到电感器L12的另一端。其他的构成与实施方式7相同。据此,就能够分别设定针对第2、第3模式的取出口的阻抗,所以匹配电路的调整变得容易。
实施方式9.
图15是表示本发明实施方式9所涉及的功率放大器的电路图。开关SW4的另一端连接在电感器L7与电容器C6之间。即、第2模式是与实施方式1相同的构成,第3模式是与实施方式2相同的构成。据此,在第3模式时通过的开关数量减少所以成为低损耗。另外,能够分别设定针对第2、第3模式的取出口的阻抗,所以匹配电路的调整变得容易。
实施方式10.
图16是表示本发明实施方式10所涉及的功率放大器的电路图。在连接点X上连接有电感器L6。在开关SW2与电感器L6之间连接有开关SW3。在开关SW2的另一端与接地点之间连接有电容器C4。其他的构成与实施方式1相同。即、与实施方式1相比,开关SW3与电感器L6的位置相反。由于低输出模式的开关SW3配置于电感器L6之前,所以开关SW3就配置在更高阻抗点。从而,能够实现更低损耗的电路。
实施方式11.
图17是表示本发明实施方式11所涉及的功率放大器的电路图。在开关SW2与开关SW3之间连接有电感器L13。在开关SW2的另一端与接地点之间连接有电容器C10。电容器C4连接到电感器L13的一端,电容器C10连接到电感器L13的另一端。其他的构成与实施方式10相同。由于低输出模式时的匹配电路M3b为CLCL的4级构成,所以就能够在比实施方式1还宽的频带取得匹配。
虽然在上述实施方式中就2级放大器进行了说明,但并不限于此,只要是2级以上的多级放大器就能够取得同样的效果。另外,虽然放大元件Tr1、Tr2、Tr3是例如HBT(Heterojunction Bipolar Transistor:异质结双极型晶体管),但也可以是其他的双极型晶体管及MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)等场效应晶体管(FET)。
另外,虽然匹配电路3a、3b、3c用L、C、L、C、C构成,但并不限于此,将电容及电感器用于一部分即可。还可以用传输线来构成电感器。另外,虽然使用LC电路作为低输出模式的匹配电路,但只要是能够实现从放大元件Tr1的输出估计的阻抗的电路,则还可以是其他的构成。另外,虽然在模式切换时使用SW2和SW3这两个,但也可以不使用某一个。

Claims (9)

1. 一种功率放大器,其特征在于,包括:
输入端子,输入输入信号;
第1放大元件,放大所述输入信号;
第2放大元件,放大所述第1放大元件的输出信号;
输出端子,输出所述第2放大元件的输出信号;
匹配电路,连接在所述第2放大元件的输出与所述输出端子之间;
第1开关,连接在所述第1放大元件的输出与所述第2放大元件的输入之间;以及
第2开关,其一端连接到所述第1放大元件的输出,
所述匹配电路具有串联连接在所述第2放大元件的输出与接地点之间的第1电感器及第1电容器,
在连接所述第1电感器与所述第1电容器的连接点连接有所述第2开关的另一端。
2. 一种功率放大器,其特征在于,包括:
输入端子,输入输入信号;
第1放大元件,放大所述输入信号;
第2放大元件,放大所述第1放大元件的输出信号;
输出端子,输出所述第2放大元件的输出信号;
匹配电路,连接在所述第2放大元件的输出与所述输出端子之间;
第1开关,连接在所述第1放大元件的输出与所述第2放大元件的输入之间;以及
第2开关,其一端连接到所述第1放大元件的输出,
所述匹配电路具有串联连接在所述第2放大元件的输出与所述输出端子之间的第1电感器及第1电容器,
在连接所述第1电感器与所述第1电容器的连接点连接有所述第2开关的另一端。
3. 如权利要求1或2所述的功率放大器,其特征在于,还包括:
第3放大元件,放大所述输入信号;以及
第3开关,其一端连接到所述第3放大元件的输出,另一端连接到所述连接点。
4. 如权利要求3所述的功率放大器,其特征在于,
所述匹配电路还具有串联连接在所述第2开关的另一端与接地点之间的第2电感器和第2电容器,
所述第3开关的另一端连接在所述第2电感器与所述第2电容器之间。
5. 如权利要求3所述的功率放大器,其特征在于,
所述匹配电路还具有串联连接在所述第2开关的另一端与所述连接点之间的第2电感器和第2电容器,
所述第3开关的另一端连接在所述第2电感器与所述第2电容器之间。
6. 如权利要求3所述的功率放大器,其特征在于,
所述匹配电路还具有连接在所述第1电感器与所述第1电容器之间的第2电感器,
所述第2开关的另一端连接到所述第2电感器的一端,
所述第3开关的另一端连接到所述第2电感器的另一端。
7. 如权利要求1所述的功率放大器,其特征在于,还包括:
第3放大元件,放大从所述输入端子输入的信号;以及
第3开关,其一端连接到所述第3放大元件的输出,
所述匹配电路还具有串联连接在所述第2放大元件的输出与所述输出端子之间的第2电感器及第2电容器,
所述第3开关的另一端连接在所述第2电感器与所述第2电容器之间。
8. 如权利要求1所述的功率放大器,其特征在于,还包括:
第2电感器,连接到所述连接点;
第3开关,连接在所述第2开关与所述第2电感器之间;以及
第2电容器,连接在所述第2开关的另一端与接地点之间。
9. 如权利要求8所述的功率放大器,其特征在于,还包括:
第3电感器,连接在所述第2开关与所述第3开关之间;以及
第3电容器,连接在所述第2开关的另一端与接地点之间,
所述第2电容器连接到所述第3电感器的一端,所述第3电容器连接到所述第3电感器的另一端。
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