CN112003605A - 功率放大电路 - Google Patents

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CN112003605A CN202010433189.9A CN202010433189A CN112003605A CN 112003605 A CN112003605 A CN 112003605A CN 202010433189 A CN202010433189 A CN 202010433189A CN 112003605 A CN112003605 A CN 112003605A
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Abstract

本发明提供一种抑制了输出信号的时间响应的功率放大器。功率放大电路具备：第1晶体管，在基极输入第1信号，对所述第1信号进行放大，从集电极输出第2信号；和偏置电路，向第1晶体管的基极供给偏置电流，偏置电路包含：第2晶体管，向第1晶体管的基极供给偏置电流；第3晶体管，基极与第2晶体管的基极连接，集电极与第2晶体管的集电极连接；和第4晶体管，基极与第3晶体管的发射极连接，集电极与第2晶体管的发射极连接，抽出偏置电流的至少一部分。

Description

功率放大电路
技术领域
本发明涉及功率放大电路。
背景技术
在便携式电话等移动体通信设备中，为了放大向基站发送的无线频率(RF：RadioFrequency，射频)信号的功率而使用功率放大电路。在功率放大电路中，作为放大元件，使用异质结双极晶体管(HBT：Heterojunction Bipolar Transistor)等双极晶体管。
在双极晶体管中，已知若使基极-发射极间电压恒定地进行驱动，则伴随着温度上升而集电极电流逐渐增加。若由于集电极电流的增加而消耗功率增加，则元件的温度上升，由此，可能产生集电极电流进一步增加这样的正反馈(热失控)。因而，在功率放大电路使用双极晶体管的情况下，要求抑制双极晶体管的热失控。例如，在专利文献1中公开了如下的功率放大电路，即，具备：功率放大器，包含双极晶体管；和偏置电路，向双极晶体管的基极供给偏置电流。偏置电路包含：发射极跟随晶体管，向双极晶体管的基极供给偏置电流；和由二极管构成的偏置电压供给电路，向该发射极跟随晶体管的基极供给偏置电压。包含于偏置电压电路的二极管和双极晶体管热耦合。由此，双极晶体管中的温度分布的均匀性提高。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-112588号公报
在功率放大器(双极晶体管)的输出功率的时间响应波形中，伴随着向作为偏置电路的一部分的发射极跟随晶体管的基极输入的电流的上升，功率放大器(双极晶体管)发热，温度开始上升。如上所述，包含于偏置电路的二极管与功率放大器(双极晶体管)热耦合，因此二极管的温度也同样地逐渐上升。此时，流过二极管的电流也随着温度上升而缓慢地逐渐增加。由此，发射极跟随晶体管的基极电流随着时间而减少，双极晶体管的基极电流也随着时间而缓慢地减少。
在此，如果双极晶体管的电流放大率固定，则集电极电流也随着时间而缓慢地减少。然而，双极晶体管的电流放大率根据温度而劣化。因而，集电极电流与基极电流相比较，急剧地减少。功率放大器的增益与集电极电流成比例。因而，从功率放大器的输出端子获得的输出信号的功率也会随着时间而急剧地减少。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于这样的情况而作的，其目的在于，提供一种抑制了输出信号的时间响应的功率放大器。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式涉及的功率放大电路具备：第1晶体管，在基极输入第1信号，对所述第1信号进行放大，从集电极输出第2信号；和偏置电路，向第1晶体管的基极供给偏置电流，偏置电路包含：第2晶体管，向第1晶体管的基极供给偏置电流；第3晶体管，基极与第2晶体管的基极连接，集电极与第2晶体管的集电极连接；和第4晶体管，基极与第3晶体管的发射极连接，集电极与第2晶体管的发射极连接，抽出偏置电流的至少一部分。
发明效果
根据本发明，能够抑制功率放大器的输出信号的时间响应。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式涉及的功率放大电路100A的结构的图。
图2A是示出功率放大电路100A的布局的一例的图。
图2B是示出功率放大电路100A的布局的另一例的图。
图3A是用于说明功率放大电路100A的动作的图。
图3B是用于说明功率放大电路100A的动作的图。
图3C是用于说明功率放大电路100A的动作的图。
图3D是用于说明功率放大电路100A的动作的图。
图3E是用于说明功率放大电路100A的动作的图。
图4是示出本发明的第2实施方式涉及的功率放大电路100B的结构的图。
图5A是示出功率放大电路100B的布局的一例的图。
图5B是示出功率放大电路100B的布局的另一例的图。
附图标记说明
100A、100B...功率放大电路，110...偏置电路，120...电压供给电路，Q1～5...双极晶体管，D1、D2...二极管，R1～3...电阻器，C1...电容器。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。(另外，在各图中，标注相同附图标记的部分具有相同或同样的结构。)
[第1实施方式]
(1)结构
图1是示出本发明的第1实施方式涉及的功率放大电路100A的结构的图。功率放大电路100A例如是在便携式电话等移动体通信设备中用于放大向基站发送的RF信号的功率的集成电路。如图1所示，功率放大电路100A具备双极晶体管Q1(第1晶体管)、偏置电路110、电阻器R3、以及电容器C1。
双极晶体管Q1(第1晶体管)在集电极通过未图示的电感器被供给电源电压Vcc，在基极通过电容器C1被供给RF信号RFin(第1信号)，发射极被接地。此外，在双极晶体管Q1的基极，通过电阻器R3被供给偏置电压或者偏置电流。由此，从双极晶体管Q1的集电极输出放大信号RFout(第2信号)。
偏置电路110是用于向双极晶体管Q1供给偏置电流的电路。偏置电路110具备双极晶体管Q2(第2晶体管)、Q3(第3晶体管)、Q4(第4晶体管)、电压供给电路120、以及电阻器R2。
双极晶体管Q2(第2晶体管)在集电极被供给电池电压Vbat，在基极从电压供给电路120被供给电压。此外，双极晶体管Q2从发射极通过电阻器R3向双极晶体管Q1的基极供给偏置电流Ibb，并且，向双极晶体管Q4的集电极供给电流IA。
电压供给电路120基于控制电流Ibias(输入到控制端子的电流)来控制双极晶体管Q2的基极电压。具体地，电压供给电路120具备二极管D1以及二极管D2。二极管D1、D2被串联连接，二极管D1的阳极与双极晶体管Q2的基极连接，二极管D2的阴极被接地。电容器C2与二极管D1、D2并联地连接。此外，在二极管D1的阳极，通过电阻器R1被供给控制电流Ibias。由此，在二极管D1的阳极，生成与二极管D1、D2的正向电压相应的电压(第1电压)，该电压被供给至双极晶体管Q2的基极。该电压根据二极管D1、D2的正向电压的特性，伴随着温度的上升而下降。电容器C2为了使由电压供给电路120供给的电压稳定而设置。另外，如图1所示那样，二极管D1、D2分别能够以将双极晶体管的基极和集电极连接的结构来实现二极管。一般地，有时将该电路结构称为二极管连接。
双极晶体管Q3(第3晶体管)是进行与双极晶体管Q2相似的动作的元件。双极晶体管Q3与双极晶体管Q2同样地，在集电极被供给电池电压Vbat，在基极从电压供给电路120被供给电压(第1电压)。此外，双极晶体管Q3从发射极向双极晶体管Q4的基极供给偏置电流IB。
双极晶体管Q4(第4晶体管)是用于抽出从双极晶体管Q2的发射极向双极晶体管Q1的基极流动的电流的一部分的元件。双极晶体管Q4通过电阻器R2在集电极从双极晶体管Q2被供给电流IA，在基极从双极晶体管Q3被供给电流IB，发射极被接地。即，从双极晶体管Q2的发射极流出的电流，一部分成为通过电阻器R3流向双极晶体管Q1的基极的偏置电流Ibb，另一部分成为通过电阻器R2流向双极晶体管Q4的集电极的电流IA。另外，电阻器R2防止双极晶体管Q1的偏置电流Ibb耗尽。功率放大电路100A也可以不具备电阻器R2。
(2)布局
图2A以及图2B是示出功率放大电路100A的布局的一例的图。另外，图2A以及图2B所示的布局为概要，未示出功率放大电路100A的全部结构。
在功率放大电路100A中，双极晶体管Q4与双极晶体管Q1热耦合。在此，所谓双极晶体管Q4与双极晶体管Q1热耦合，例如是指热耦合至双极晶体管Q4的电流放大率相对于热的变动变得与双极晶体管Q1的电流放大率相对于热的变动大致相同的程度。具体地，例如，如图2A所示那样，双极晶体管Q4也可以与形成有双极晶体管Q1的矩形区域相邻地配置。或者，例如，如图2B所示那样，双极晶体管Q4也可以配置在形成有双极晶体管Q1的矩形区域的内部。此外，所谓双极晶体管Q4与双极晶体管Q1热耦合，例如，还包含如下情况，即，纵使在双极晶体管Q1与双极晶体管Q4之间存在布线等，双极晶体管Q4的电流放大率和双极晶体管Q1的电流放大率相对于热的变动也相同(包含实质上相同)。
(3)动作以及效果
(3-1)双极晶体管Q3以及Q4的效果
图3A～图3E是用于说明功率放大电路100A的动作的图。首先，对双极晶体管Q3以及Q4的效果进行说明。输入到控制端子的控制电流Ibias上升，开始双极晶体管Q1对RF信号RFin的放大(图3A)。由于控制电流Ibias的上升，流过二极管D1、D2(相对于双极晶体管Q1的温度上升而温度延迟某固定时间地进行追随)的电流逐渐地增加，供给到双极晶体管Q2的基极的电压以及电流也逐渐地增加。由此，从双极晶体管Q2的发射极流出的电流IbbA(电流Ibb+电流IA)也逐渐地增加。
在此，双极晶体管Q3进行与双极晶体管Q2相似的动作。具体地，若由于流过二极管D1、D2的电流逐渐地增加从而双极晶体管Q3的基极电压逐渐地增加，则从双极晶体管Q3的发射极流出的电流IB也逐渐地增加(图3B)。而且，从双极晶体管Q3的发射极流出的电流IB被供给至双极晶体管Q4的基极，因此若该电流IB逐渐地增加，则流向双极晶体管Q4的集电极的电流IA逐渐地增加。由此，从双极晶体管Q2的发射极流出的电流IbbA的一部分作为流向双极晶体管Q4的集电极的电流IA被抽出，从而双极晶体管Q1的偏置电流Ibb(电流IbbA-电流IA)的上升变得缓慢。
由于偏置电流Ibb的上升变得缓慢，因此流向双极晶体管Q1的集电极的电流Icc的上升也变得缓慢，可抑制双极晶体管Q1的输出信号RFout的时间响应。根据以上，可以说双极晶体管Q3以及Q4通过从双极晶体管Q2的发射极抽出流向双极晶体管Q1的基极的电流的至少一部分，从而在功率放大电路100A中可抑制输出信号的时间响应。
(3-2)双极晶体管Q4的热耦合所产生的效果的提高
其次，说明通过双极晶体管Q4与双极晶体管Q1热耦合从而上述的输出信号的时间响应的抑制效果提高。如上述那样，由于双极晶体管Q4与双极晶体管Q1热耦合，因此伴随着双极晶体管Q1的温度上升，双极晶体管Q4的温度也上升。由此，双极晶体管Q4的电流放大率与双极晶体管Q1的电流放大率同样地劣化。而且，由于双极晶体管Q4的电流放大率的劣化，流向双极晶体管Q4的集电极的电流IA急剧地减少(图3C)，因此从双极晶体管Q2的发射极流向双极晶体管Q1的基极的电流Ibb增加。
在此，图3D的实线示出功率放大电路100A中的双极晶体管Q1的偏置电流Ibb，图3D的虚线示出比较例的功率放大电路中的双极晶体管Q1的偏置电流。另外，比较例的功率放大电路不具有双极晶体管Q3以及Q4。因而，在比较例的功率放大电路中，从双极晶体管Q2的发射极向双极晶体管Q1的基极供给的偏置电流不被其他双极晶体管Q4等抽出。因而，如图3D所示那样，功率放大电路100A中的双极晶体管Q1的偏置电流Ibb与比较例的功率放大电路中的双极晶体管Q1的偏置电流相比较，缓慢地增加。
图3E的实线示出功率放大电路100A中的双极晶体管Q1的集电极电流Icc，图3E的虚线示出比较例的功率放大电路中的双极晶体管Q1的集电极电流。这样，在功率放大电路100A中，由于偏置电流Ibb比较缓慢地增加(图3D)，因此双极晶体管Q1的集电极电流Icc受到热所引起的电流放大率的劣化造成的影响的程度变小。因而，如图3E所示那样，在功率放大电路100A中，与比较例的功率放大电路相比较，集电极电流Icc快速地收敛于固定的电流。根据以上，通过双极晶体管Q4与双极晶体管Q1热耦合，从而上述的输出信号的时间响应的抑制效果提高。
[第2实施方式]
图4是示出本发明的第2实施方式涉及的功率放大电路100B的结构的图。如图4所示，功率放大电路100B除了功率放大电路100A的结构之外，进一步具备双极晶体管Q5(第5晶体管)。
双极晶体管Q5(第5晶体管)的基极以及集电极与将双极晶体管Q3的发射极和双极晶体管Q4的基极连结的导线连接，发射极被接地。如上述那样，双极晶体管Q3(第3晶体管)进行与双极晶体管Q2相似的动作。双极晶体管Q5具有使双极晶体管Q3的动作更接近于双极晶体管Q2的效果。此外，通过调整双极晶体管Q5的尺寸，从而能够控制双极晶体管Q1的偏置电流Ibb。
图5A以及图5B是示出功率放大电路100B的布局的一例的图。另外，图5A以及图5B所示的布局为概要，未示出功率放大电路100B的全部结构。
在功率放大电路100B中，双极晶体管Q5与双极晶体管Q1热耦合。具体地，例如，如图5A所示那样，双极晶体管Q5也可以与形成有双极晶体管Q1的矩形区域相邻地配置。或者，例如，如图5B所示，双极晶体管Q5也可以配置在形成有双极晶体管Q1的矩形区域的内部。例如，还包含如下情况，即，纵使在双极晶体管Q1与双极晶体管Q5之间存在布线等，相对于热的变动也相同。
以上，对本发明的例示性的实施方式进行了说明。本发明的实施方式涉及的功率放大电路具备：第1晶体管，对第1信号进行放大并输出第2信号；和偏置电路，向第1晶体管的基极供给偏置电流，偏置电路包含：电流生成电路；第2晶体管，向第1晶体管的基极供给偏置电流；第3晶体管，基极与第2晶体管的基极连接，集电极与第2晶体管的集电极连接；和第4晶体管，基极与第3晶体管的发射极连接，集电极与第2晶体管的发射极连接，抽出偏置电流的至少一部分。由此，通过第3晶体管以及第4晶体管从第2晶体管的发射极抽出流向第1晶体管的基极的电流的至少一部分，从而在功率放大电路中可抑制输出信号(第2信号)的时间响应。
此外，在上述功率放大电路中，第4晶体管可以与第1晶体管热耦合。由此，若第1晶体管的电流放大率由于热而劣化，则第4晶体管的电流放大率也同样地由于热而劣化。因而，若由于温度上升而电流放大率劣化，则第1晶体管的输出信号减少，而第4晶体管抽出从第2晶体管向第1晶体管供给的偏置电流的量也受到温度上升所引起的电流放大率的劣化的影响而减少。由此，功率放大电路中的输出信号的时间响应的抑制效果提高。
此外，在上述功率放大电路中，第4晶体管可以与形成有第1晶体管的矩形区域相邻地配置。由此，能够使第4晶体管高效地与第1晶体管热耦合。
此外，在上述功率放大电路中，第4晶体管可以配置在形成有第1晶体管的矩形区域的内部。由此，能够使第4晶体管高效地与第1晶体管热耦合。
此外，在上述功率放大电路中，偏置电路也可以还包含：第5晶体管，基极以及集电极与第3晶体管的发射极连接，发射极被接地。由此，能够使第3晶体管的动作更接近于第2晶体管的动作。
此外，在上述功率放大电路中，第5晶体管可以与第1晶体管热耦合。由此，第5晶体管的电流放大率与第1晶体管的电流放大率同样地，根据温度而劣化。因而，能够使第3晶体管的动作更接近于第2晶体管的动作。
此外，在上述功率放大电路中，第5晶体管与形成有第1晶体管的矩形区域相邻地配置。由此，能够使第5晶体管高效地与第1晶体管热耦合。
此外，在上述功率放大电路中，第5晶体管配置在形成有第1晶体管的矩形区域的内部。由此，能够使第5晶体管高效地与第1晶体管热耦合。
此外，在上述功率放大电路中，偏置电路还包含：电阻器，一端与第2晶体管的发射极连接，另一端与第4晶体管的集电极连接。由此，能够防止第1晶体管的偏置电流耗尽。
以上说明的各实施方式用于使本发明容易理解，并非用于限定和解释本发明。本发明能够在不脱离其主旨的情况下被变更或改良，并且本发明还包含其等价物。即，本领域技术人员对各实施方式适当施加了设计变更的实施方式，只要具备本发明的特征，就也包含在本发明的范围内。例如，各实施方式所具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并非限定于例示的内容，能够适当变更。此外，各实施方式所具备的各要素只要在技术上可能就能够组合，将它们组合之后的实施方式只要包含本发明的特征就也包含在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种功率放大电路，具备：
第1晶体管，在基极输入第1信号，对所述第1信号进行放大，从集电极输出第2信号；和
偏置电路，向所述第1晶体管的基极供给偏置电流，
所述偏置电路包含：
第2晶体管，向所述第1晶体管的基极供给偏置电流；
第3晶体管，基极与所述第2晶体管的基极连接，集电极与所述第2晶体管的集电极连接；和
第4晶体管，基极与所述第3晶体管的发射极连接，集电极与所述第2晶体管的发射极连接，抽出所述偏置电流的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的功率放大电路，其中，
所述第4晶体管与所述第1晶体管热耦合。
3.根据权利要求2所述的功率放大电路，其中，
所述第4晶体管与形成有所述第1晶体管的矩形区域相邻地配置。
4.根据权利要求2所述的功率放大电路，其中，
所述第4晶体管配置在形成有所述第1晶体管的矩形区域的内部。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的功率放大电路，其中，
所述偏置电路还包含：第5晶体管，基极以及集电极与所述第3晶体管的发射极连接，发射极被接地。
6.根据权利要求5所述的功率放大电路，其中，
所述第5晶体管与所述第1晶体管热耦合。
7.根据权利要求6所述的功率放大电路，其中，
所述第5晶体管与形成有所述第1晶体管的矩形区域相邻地配置。
8.根据权利要求6所述的功率放大电路，其中，
所述第5晶体管配置在形成有所述第1晶体管的矩形区域的内部。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的功率放大电路，其中，
所述偏置电路还包含：电阻器，一端与所述第2晶体管的发射极连接，另一端与所述第4晶体管的集电极连接。
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