JP2000349563A - 電力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で温度補償回路を実現し、温度変
化に対して安定して動作する電力増幅器を実現できるよ
うにする。 【解決手段】 バイアス生成回路２０において、抵抗値
がＲ１の第１の抵抗器２１、及び抵抗値がＲ２で且つ抵
抗温度係数が第１の抵抗器２１の抵抗温度係数よりも大
きい第２の抵抗器２２が直列に接続されている。第１の
抵抗器２１及び第２の抵抗器２２の共通接続部はゲート
端子１１ｇと接続されている。第１の抵抗器２１の共通
接続部と反対側の端子は、負のバイアス電圧Ｖggが供給
されるバイアス供給端子２３と接続されており、第２の
抵抗器２２の共通接続部と反対側の端子は接地端子２４
と接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力増幅用半導体
素子とチップ部品とを用いた高周波電力増幅回路からな
る電力増幅器において、消費電力量の温度補償が可能な
バイアス回路を有する電力増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信システムの送信部に用いられ
ている電力増幅モジュールは、マイクロストリップ線路
が配されたプリント基板上に、電力増幅用半導体素子と
しての、例えば、ＧａＡｓ半導体からなる電界効果型ト
ランジスタ（以下、単にＦＥＴと略称する。）と抵抗器
や容量等のチップ部品とが実装された電力増幅器であ
る。とりわけ、移動体通信システムの基地局等に用いら
れるような高出力特性が必要とされる電力増幅モジュー
ルは、その電力消費量が非常に多いため、該モジュール
の温度設計が極めて重要となってくる。

【０００３】以下、従来の電力増幅モジュールについて
図面を参照しながら説明する。

【０００４】図１０は特開平第６−１２０４１４号公報
に開示されている高周波電力増幅モジュールの入力側の
バイアス回路を示している。図１０に示すように、ＦＥ
Ｔ１０１の高周波信号の入力端子であるゲート端子１０
１ｇにはバイアス回路１１０が接続されている。バイア
ス回路１１０は、抵抗値がＲ１の第１の抵抗器１１１、
抵抗値がＲ２の第２の抵抗器１１２及び抵抗値がＲ３の
第３の抵抗器１１３が直列に接続され、第１の抵抗器１
１１と第３の抵抗器１１３との共通接続部とゲート端子
１０１ｇとが接続されている。第１の抵抗器１１１にお
ける共通接続部と反対側の端子は、負のバイアス電圧Ｖ
ggが供給されるバイアス供給端子１１４と接続されてい
る。

【０００５】第１〜第３の抵抗器１１１〜１１３の抵抗
分割により、バイアス電圧Ｖggが分圧され、ＦＥＴ１０
１のゲート端子１０１ｇに所望のゲートバイアス電圧が
印加される。ここで、発振を防ぐための安定器として設
けられている第３の抵抗器１１３はその抵抗値Ｒ３が５
０Ω程度と比較的小さく、一方、バイアス回路１１０の
インピーダンスを大きくすることにより、高周波電力の
損失を防ぐと共にゲート電流を低減するため、第１の抵
抗器Ｒ１及び第２の抵抗器Ｒ２は、通常、数百Ω〜数十
ｋΩの抵抗値を持つことが多く、ゲート端子１０１ｇに
印加されるバイアス電圧は実質的に第１の抵抗器１１１
及び第２の抵抗器１１２による分圧比によって決定され
る。

【０００６】このような従来の高周波電力増幅モジュー
ルでは、バイアス回路１１０の分圧用抵抗器としての第
１及び第２の抵抗器１１１、１１２の各抵抗値の温度変
化を無視できる程度の、すなわち、各抵抗器の抵抗温度
係数が−２００ｐｐｍ／℃〜＋２００ｐｐｍ／℃に収ま
る程度のチップ抵抗器が広く用いられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の高周波電力増幅モジュールは、温度変化による動作
電流の変動が大きいという問題がある。

【０００８】図１１は従来の高周波電力増幅モジュール
の温度特性の一例を示している。図１１において、横軸
にＦＥＴの動作温度としてのケース（筐体）温度を取
る。縦軸には、動作電圧を１０Ｖとして、左側に消費電
流を取り、右側に消費電力を取っている。一般に、ＦＥ
Ｔの動作温度が上昇すると、該ＦＥＴの動作電流が増加
する。特に、図１０に示すような抵抗分圧を用いるバイ
アス回路１１０においては、ドレイン端子１０１ｄに流
れる通常の動作電流の他にゲート端子１０１ｇに流れる
ゲートリーク電流が温度上昇に伴って増加するため、第
１の抵抗器１１１における電位変動により、ゲート端子
１０１ｇに供給されるバイアス電位が高くなり、その結
果、動作電流がますます増加することにより、動作温度
がさらに上昇するという正帰還現象が起こる。動作温度
がさらに上昇すると、やがてゲート端子１０１ｇの制御
が不能となり、いわゆる熱暴走状態に陥る。このとき、
分圧抵抗の抵抗値が大きい程、ゲートリーク電流の増加
による電位変動が大きくなるので、温度上昇に伴う動作
電流の増加傾向が顕著になる。

【０００９】そこで、一般に、電力増幅モジュールは、
図１１の直線１に示すように、ＦＥＴ１０１の動作温度
（チャネル温度）に対して、安定した動作を保証するた
めに負の傾きを持つ最大消費電力（定格消費電力）が定
められており、必ずこの定格電力以下の温度領域で使用
しなければならない。従って、直線２に示すような動作
特性の場合には、動作温度が最高使用温度である１００
℃近くにまで上昇すると、電流の増加により定格消費電
力を超えてしまうとになる。従って、温度上昇時の消費
電力を定格値以下に抑えるためには、破線３で示すよう
に、電流値が全体に小さくなるようにゲート端子１０１
ｇに印加されるバイアス電圧の設定値を下げざるを得な
い。

【００１０】一般に、電力増幅器の消費電力と高周波特
性における歪み特性とはトレードオフの関係にあり、ゲ
ート端子１０１ｇに印加されるバイアス電圧を電流値が
小さくなるように設定すると歪み特性が劣化する。この
ため、消費電流の設定値を下げることなく、歪み特性を
維持するには、温度補償回路を内蔵するか又は外部に温
度補償回路を設ける等の付加手段が必要となり、その結
果、モジュールのサイズや製造費用が大幅に増加する。

【００１１】例えば、移動体通信システムの基地局とし
て用いる場合においては、電力増幅モジュールの消費電
力量が数Ｗから数百Ｗと大きいため、モジュールの発熱
量が非常に多くなる。その結果、ケース温度に対してＦ
ＥＴ１０１の動作温度が非常に高くなるので、定格消費
電力値に対する制約が一段と厳しくなる。前述したよう
に、従来の温度補償回路を持たない電力増幅モジュール
の場合には、高周波特性及び温度特性を共に満足するこ
とは困難であり、小型で且つ低コストの温度補償付き電
力増幅モジュールが強く要望されている。

【００１２】本発明は、前記従来の問題に鑑み、簡単な
構成で温度補償回路を実現し、温度変化に対して安定し
て動作する小型で且つ低コストの電力増幅器を実現でき
るようにすることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、電力増幅器のバイアス回路を、直列接続
された抵抗分割を行なう２つの抵抗器のうち、接地側の
抵抗器の抵抗温度係数がバイアス供給側の抵抗器の抵抗
温度係数よりも大きい構成とする。

【００１４】具体的に、本発明に係る第１の電力増幅器
は、入力信号を入力端子に受け、受けた入力信号を増幅
して出力する増幅素子と、第１のバイアス基準電位が供
給される第１の供給端子及び第１のバイアス基準電位よ
りも高い第２のバイアス基準電位が供給される第２の供
給端子とを有し、第１のバイアス基準電位及び第２のバ
イアス基準電位に基づいて増幅素子の入力端子に所定の
バイアス電位を供給するバイアス供給回路とを備え、バ
イアス供給回路は、入力端子及び第１の供給端子の間に
設けられている第１の抵抗器と、入力端子及び第２の供
給端子の間に設けられ、抵抗温度係数が前記第１の抵抗
器よりも大きい第２の抵抗器とを有している。

【００１５】第１の電力増幅器によると、増幅素子の入
力端子と第２の供給端子との間には、第１の供給端子側
に設けられている第１の抵抗器よりも抵抗温度係数が大
きい第２の抵抗器が設けられているため、増幅素子の動
作温度が上昇した場合に、第２の抵抗器の抵抗値の増加
分が第１の抵抗器の抵抗値の増加分よりも大きくなる。
このため、第１の抵抗器と第２の抵抗器との各抵抗値に
より決定されるバイアス電圧が低くなるので、増幅素子
がＦＥＴの場合には、該増幅素子の動作電流の増加が抑
制される。

【００１６】第１の電力増幅器において、第１の抵抗器
及び第２の抵抗器が、所定の温度範囲における動作中の
増幅素子の温度上昇に対して増幅素子の動作電流が所定
の消費電力を超えないように設定されていることが好ま
しい。このようにすると、動作中の所定の温度範囲にお
いて、所定の消費電力、すなわち定格消費電力を超えな
くなるので、動作が安定する。

【００１７】第１の電力増幅器において、第２の抵抗器
の抵抗温度係数は、第１の抵抗器の抵抗温度係数よりも
１０倍以上大きいことが好ましい。このようにすると、
大抵のＦＥＴでは定格消費電力を超えないようにでき
る。

【００１８】この場合に、第１の抵抗器の抵抗値が１０
０Ω〜３ｋΩであることが好ましい。このようにする
と、消費電力値を定格消費電力よりも確実に小さくでき
る。

【００１９】第１の電力増幅器において、第１の抵抗器
の抵抗温度係数は−２００ｐｐｍ／℃〜＋２００ｐｐｍ
／℃であり、第２の抵抗器の抵抗温度係数は＋２０００
ｐｐｍ／℃よりも大きいことが好ましい。

【００２０】この場合にも、第１の抵抗器の抵抗値が１
００Ω〜３ｋΩであることが好ましい。

【００２１】本発明に係る第２の電力増幅器は、それぞ
れが入力信号を入力端子に受け、受けた各入力信号を増
幅して出力する多段の増幅素子と、第１のバイアス基準
電位が供給される第１の供給端子及び第１のバイアス基
準電位よりも高い第２のバイアス基準電位が供給される
第２の供給端子とを有し、第１のバイアス基準電位及び
第２のバイアス基準電位に基づいて多段の増幅素子の各
入力端子に所定のバイアス電位を供給する複数のバイア
ス供給回路とを備え、多段の増幅素子のうちの少なくと
も最終段の増幅素子に対してバイアス電位を供給するバ
イアス供給回路は、該バイアス供給回路の入力端子及び
第１の供給端子の間に設けられている第１の抵抗器と、
入力端子及び第２の供給端子の間に設けられ、抵抗温度
係数が第１の抵抗器よりも大きい第２の抵抗器とを有し
ている。

【００２２】第２の電力増幅器によると、多段の増幅素
子により増幅器が構成され、多段の増幅素子のうちの少
なくとも最終段のバイアス供給回路には、増幅素子の入
力端子と第２の供給端子との間に、第１の供給端子側に
設けられている第１の抵抗器よりも抵抗温度係数が大き
い第２の抵抗器が設けられているため、最終段の増幅素
子の消費電流の増加を抑制することができる。一般に多
段の増幅器の場合には、最終段の増幅素子が増幅器の消
費電力の電流制御に関して支配的となるため、該最終段
の増幅素子の消費電流を抑制することにより、電力増幅
器の動作電流の増加が抑制される。

【００２３】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明の第１
の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００２４】図１は本発明の第１の実施形態に係る高周
波電力増幅器の主要部の回路構成を示している。図１に
示すように、本実施形態に係る電力増幅器は、例えば、
増幅素子としてのＧａＡｓからなるＦＥＴ１１と、ＦＥ
Ｔ１１の入力側に設けられ、ＦＥＴ１１のバイアス電圧
を供給するバイアス供給回路２０とを有している。

【００２５】ソース端子１１ｓが接地されたＦＥＴ１１
は、ゲート端子１１ｇに高周波入力信号及びバイアス電
圧を受け、ドレイン端子１１ｄに入力信号が増幅されて
なる増幅信号を出力する。

【００２６】バイアス供給回路２０において、抵抗値が
Ｒ１の第１の抵抗器２１及び抵抗値がＲ２の第２の抵抗
器２２が直列に接続され、該第１の抵抗器２１及び第２
の抵抗器２２の共通接続部はゲート端子１１ｇと接続さ
れている。第１の抵抗器２１の共通接続部と反対側の端
子は、第１のバイアス基準電位としての負のバイアス電
圧Ｖggが供給される第１の供給端子としてのバイアス供
給端子２３と接続されており、第２の抵抗器２２の共通
接続部と反対側の端子は、第２のバイアス基準電位とし
ての接地電位が供給される第２の供給端子としての接地
端子２４と接続されている。なお、本明細書において
は、バイアス供給端子２３に供給される電圧をバイアス
電圧Ｖggと呼び、該バイアス電圧Ｖggから抵抗分割によ
り分圧され、ゲート端子１１ｇに印加される電圧をゲー
トバイアス電圧と呼ぶ。

【００２７】本実施形態の特徴として、第２の抵抗器２
２の抵抗温度係数は第１の抵抗器２１の抵抗温度係数よ
りも大きくなるように設定されている。

【００２８】以下、このような感温型抵抗器を持つバイ
アス供給回路２０の温度補償効果について通常のバイア
ス供給回路と比較しながら説明する。

【００２９】図２は、第１の抵抗器２１及び第２の抵抗
器２２に、比較用としてそれぞれ温度変化に対して抵抗
値の変化がほとんど無視できるような通常のチップ抵抗
器を用いた場合の増幅器の動作温度と消費電流との関係
を示している。ここでは、第１の抵抗器２１の抵抗値Ｒ
１を１ｋΩ、第２の抵抗器２２の抵抗値Ｒ２を１．２ｋ
Ωとし、バイアス電圧値Ｖggを−３Ｖ、使用可能な温度
範囲を０℃〜１００℃としている。図２に示すように、
温度が８０℃付近までは２０度上昇するごとに、電流が
約０．０８Ａ程度増加している。さらに、温度が１００
℃付近まで上昇すると、定格消費電力である３Ａを超え
てしまうため、増幅器の動作を保証できなくなる。温度
が１００℃以上となる領域においては、消費電流の増加
が加速され、熱暴走の兆候が見られる。従って、増幅器
の動作を１００℃まで保証するには、室温（２５℃）を
基準とすると、２５℃から１００℃までの７５度の温度
上昇に対し、０．６Ａの電流の増加分を抑制する必要が
ある。

【００３０】図３は検討用として用いたＦＥＴ１１のド
レイン電流のゲートバイアス電圧依存性を示している。
実際に使用する電流値である２．５Ａ付近において、ゲ
ートバイアス電圧が０．１Ｖ増加すると、ドレイン電流
は０．６５Ａだけ増加している。従って、図２におい
て、０．６Ａの電流増加分を低減するには、負のゲート
バイアス電圧を０．１Ｖだけ小さく、すなわち絶対値を
大きくする必要がある。

【００３１】ＦＥＴ１１のゲート端子１１ｇに印加され
るゲートバイアス電圧は、第１の抵抗器２１の抵抗値Ｒ
１、第２の抵抗器２２の抵抗値Ｒ２及びバイアス電圧Ｖ
ggから、 Ｖgg×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） で与えられるため、ゲートバイアス電圧の絶対値を大き
くするには、第２の抵抗器Ｒ２の抵抗値を大きくすれば
良い。

【００３２】図４は第１の抵抗器２１の抵抗値Ｒ１を１
ｋΩとし、第２の抵抗器２２の抵抗値Ｒ２を１．２ｋΩ
から連続的に増大させた場合のＦＥＴ１１のゲート端子
１１ｇに印加されるゲートバイアス電圧の変化の様子を
表わしている。図４に示すように、ゲートバイアス電圧
値の絶対値を０．１Ｖだけ大きくするには、抵抗値Ｒ２
を１．２ｋΩｋから１．３８ｋΩへと大きくすれば良
い。一般のチップ抵抗器の抵抗値の温度変化は、絶対値
で２００ｐｐｍ／℃以下であり、例えば、抵抗値が１ｋ
Ωの抵抗器の場合は、温度が１００度変化しても、抵抗
値の変化量は最大で２０Ωとなり、無視できる程度の量
である。それに対して抵抗温度係数が２０００ｐｐｍ／
℃という大きい温度係数を持つ感温抵抗器の場合は、抵
抗値が１ｋΩの抵抗器で１００度の温度変化に対して抵
抗値の変化量が２００Ωとなる。

【００３３】図５は温度が２５℃のときの抵抗値Ｒ２が
１．２ｋΩの抵抗器における、抵抗温度係数と温度が１
００℃のときの抵抗値Ｒ２との関係を表わしている。図
５に示すように、第２の抵抗器２２として抵抗温度係数
が２０００ｐｐｍ／℃の抵抗器を用いることにより、２
５℃から１００℃への温度上昇に伴って、抵抗値Ｒ２を
１．２ｋΩから１．３８ｋΩに増加させることができ
る。

【００３４】図６は本実施形態に係る電力増幅器の動作
温度と消費電流との抵抗温度係数依存性を表わしてい
る。図６において、直線１は定格電流を表わし、曲線４
は第２の抵抗器２２の抵抗温度係数が２４００ｐｐｍ／
℃の場合の消費電流の変化を表わしている。曲線５〜７
は比較用であって、曲線５は温度係数が０の場合を表わ
し、曲線６は温度係数が５００ｐｐｍ／℃の場合を表わ
し、曲線７は温度係数が１０００ｐｐｍ／℃の場合を表
わしている。なお、直線１において、定格消費電力は動
作電圧を一定とすると定格消費電流にのみ依存するた
め、ここでは定格消費電流としている。

【００３５】図６の曲線７に示すように、温度係数が１
０００ｐｐｍ／℃程度であっても、動作温度が０℃から
１００℃までは定格電流以下に抑えられているものの、
温度が徐々に上昇し始め、熱暴走の兆候がみられるた
め、温度補償効果は不十分である。

【００３６】一方、曲線４に示すように、温度係数が２
４００ｐｐｍ／℃の場合の、消費電流値は、動作温度が
１００℃を超えても増加しないため、室温付近における
電流値を低減しなくても高温まで十分に安定した動作が
可能となる。さらに動作温度が上昇して１２０℃に達し
ても消費電流は減少しており、動作特性は極めて安定で
ある。

【００３７】このように、温度係数が小さいと補償でき
る温度範囲が狭くなり、温度係数が大きいほどより高温
まで温度補償を行なえることが分かる。従って、第２の
抵抗器２２の抵抗温度係数は、第１の抵抗器２１の抵抗
温度係数の１０倍以上であることが好ましい。具体的に
は、一般に用いられるチップ抵抗器の温度係数は絶対値
で２００ｐｐｍ／℃以下であるため、第１の抵抗器２１
として絶対値で２００ｐｐｍ／℃以下の温度係数を持つ
チップ抵抗器を用いるならば、第２の抵抗器２２には温
度係数が２０００ｐｐｍ／℃よりも大きい感温抵抗器を
用いれば良い。

【００３８】また、第１の抵抗器２１の抵抗値Ｒ１は、
ゲートリーク電流が許容される範囲内において小さい方
が好ましい。なぜなら、高温時にゲートリーク電流が増
加する場合に、第１の抵抗器２１を通ってゲートリーク
電流が流れるため、該第１の抵抗器２１における電圧降
下が、ＦＥＴ１１のゲートバイアス電圧値の上昇として
現われるからである。

【００３９】図７は本実施形態に係る電力増幅器の動作
温度と消費電流との抵抗値（Ｒ１）依存性を表わしてい
る。図７において、直線１は定格消費電流を表わし、曲
線４Ａは第１の抵抗器２１の抵抗値Ｒ１が１ｋΩで且つ
第２の抵抗器２２の抵抗値Ｒ２が１．２ｋΩの場合を表
わし、曲線４Ｂは抵抗値Ｒ１が２ｋΩで且つ抵抗値Ｒ２
が２．４ｋΩの場合を表わし、曲線４Ｃは抵抗値Ｒ１が
３ｋΩで且つ抵抗値Ｒ２が３．６ｋΩの場合を表わして
いる。ここでは、第２の抵抗器２２の抵抗温度係数はい
ずれも２４００ｐｐｍ／℃であり、バイアス電圧値Ｖgg
はいずれも−３Ｖとしている。図７に示すように、第２
の抵抗器２２の温度係数を２４００ｐｐｍ／℃と通常よ
りも大きい値の抵抗器を用いているにも関わらず、第１
の抵抗器２１の抵抗値Ｒ１が３ｋΩと比較的大きい場合
には、動作温度が１００℃を超えると消費電流が上昇し
始めており、熱暴走の兆候が見られる。従って、抵抗値
Ｒ１を３ｋΩよりも大きくすると、温度補償効果がなく
なるおそれがある。

【００４０】このように、第１の抵抗器２１の抵抗値Ｒ
１は、ＦＥＴ１１のインピーダンスと比べてバイアス供
給回路２０のインピーダンスが十分大きく且つゲートリ
ーク電流が許容される範囲内において可能な限り小さい
方が良い。具体的には、１００Ω〜３ｋΩが好ましい。

【００４１】以上、本実施形態によると、抵抗分圧によ
りゲートバイアス電圧値を決定するバイアス供給回路２
０において、接地側に設けられた第２の抵抗器２２の抵
抗温度係数を通常のチップ抵抗器の抵抗温度係数よりも
大きくすることにより、動作温度の上昇時に、接地側の
第２の抵抗器２２の抵抗値Ｒ２の自然増加によって、Ｆ
ＥＴ１１の負のゲートバイアス電圧値の絶対値を大きく
（深く）できるバイアス制御を行なえる。その結果、外
付けの温度補償回路をわざわざ設ける必要がなく、簡単
な回路構成でありながら優れた温度補償効果を得ること
ができる。

【００４２】このように、本実施形態に係る電力増幅器
は、従来の電流増幅器の回路構成に対して何ら変更を加
える必要がないため、増幅器のサイズ及びコストも従来
のものとほとんど変わらないので、温度特性に優れる共
に小型で且つ安価な電力増幅器を実現できる。

【００４３】（第１の実施形態の第１変形例）以下、本
発明の第１の実施形態の一変形例について図面を参照し
ながら説明する。

【００４４】図８は第１の実施形態の一変形例に係る高
周波電力増幅器の主要部の回路構成を示している。ここ
では、図８において、図１に示す構成要素と同一の構成
要素には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
図８に示すように、本変形例に係るバイアス供給回路２
０は、ＦＥＴ１１のゲート端子１１ｇと第２の抵抗器２
２との間に接続され、抵抗値Ｒ３が５０Ω程度の第３の
抵抗器２５と、一方の電極が第３の抵抗器２５と第２の
抵抗器２２との間に接続され、他方の電極が接地された
キャパシタ２６とをさらに備えている。

【００４５】第３の抵抗器２５及びキャパシタ２６はＦ
ＥＴ１１の発振を防ぐために設けられている。第３の抵
抗器２５の抵抗値Ｒ３は５０オーム程度と比較的小さい
ため、第２の抵抗器２２の抵抗値Ｒ２を抵抗値Ｒ３と比
べて十分に大きく、例えば、数百Ω以上とすれば、ＦＥ
Ｔ１１のゲート端子１１ｇに供給される電圧は、第１の
抵抗器２１と第２の抵抗器２２の抵抗値との比によって
ほぼ決定される。従って、第３の抵抗器２５の抵抗温度
係数は無視できるので、第２の抵抗器２２に対してのみ
通常の１０倍程度の抵抗温度係数を持つ感温抵抗器を用
いれば、第１の実施形態において説明したように、ＦＥ
Ｔ１１の動作温度の上昇に伴って、第２の抵抗器２２の
抵抗値Ｒ２が自然に増加し、定格消費電力を超えないよ
うにゲートバイアス値の絶対値を大きくするバイアス制
御を行なえるため、温度補償効果を確実に得ることがで
きる。

【００４６】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００４７】図９は本発明の第２の実施形態に係る高周
波電力増幅器の回路構成を示している。図９に示すよう
に、本実施形態に係る高周波電力増幅器は、増幅段を３
段構成とし、各増幅段の入力側には、インピーダンスの
整合をとる整合回路と入力信号のバイアスを供給するバ
イアス供給回路とがそれぞれ接続されている。

【００４８】具体的には、増幅器の入力端子３０と初段
の第１ＦＥＴ１１Ａの入力端子であるゲート端子との間
には、入力端子３０と接続される機器と第１ＦＥＴ１１
Ａとのインピーダンスの整合をとる第１の整合回路３１
が設けられている。第１の整合回路３１の出力端子とゲ
ート端子との間には、抵抗値がＲ１の第１の抵抗器２１
Ａ及び抵抗値がＲ２の第２の抵抗器２２Ａからなる第１
のバイアス供給回路２０Ａが設けられている。

【００４９】第１のバイアス供給回路２０Ａにおける第
１の抵抗器２１Ａ及び第２の抵抗器２２Ａの共通接続部
はゲート端子と接続され、第１の抵抗器２１Ａにおける
共通接続部と反対側の端子は、負のバイアス電圧Ｖggが
供給されるバイアス供給端子２３と接続されており、第
２の抵抗器２２Ａにおける共通接続部と反対側の端子
は、接地端子２４と接続されている。

【００５０】第１ＦＥＴ１１Ａの出力端子であるドレイ
ン端子と第２ＦＥＴ１１Ｂのゲート端子との間には、第
１ＦＥＴ１１Ａと第２ＦＥＴ１１Ｂとのインピーダンス
の整合をとる第２の整合回路３２が設けられている。第
２の整合回路３２の出力端子とゲート端子との間には、
抵抗値がＲ３の第３の抵抗器２１Ｂ及び抵抗値がＲ４の
第４の抵抗器２２Ｂからなる第２のバイアス供給回路２
０Ｂが設けられている。

【００５１】第２のバイアス供給回路２０Ｂにおける第
３の抵抗器２１Ｂ及び第４の抵抗器２２Ｂの共通接続部
はゲート端子と接続され、第３の抵抗器２１Ｂにおける
共通接続部と反対側の端子は、バイアス供給端子２３と
接続されており、第４の抵抗器２２Ｂにおける共通接続
部と反対側の端子は、接地端子２４と接続されている。

【００５２】第２ＦＥＴ１１Ｂの出力端子であるドレイ
ン端子と、互いに並列接続された第３ＦＥＴ１１Ｃ及び
第４ＦＥＴ１１Ｄの共通ゲート端子との間には、第２Ｆ
ＥＴ１１Ｂと第３及び第４ＦＥＴ１１Ｃ、１１Ｄとのイ
ンピーダンスの整合をとる第３の整合回路３３が設けら
れている。第３の整合回路３３の出力端子と共通ゲート
端子との間には、抵抗値がＲ５の第５の抵抗器２１Ｃ及
び抵抗値がＲ６の第６の抵抗器２２Ｃからなる第３のバ
イアス供給回路２０Ｃが設けられている。

【００５３】第３のバイアス供給回路２０Ｃにおける第
５の抵抗器２１Ｃ及び第６の抵抗器２２Ｃの共通接続部
は共通ゲート端子と接続され、第５の抵抗器２１Ｃにお
ける共通接続部と反対側の端子は、バイアス供給端子２
３と接続されており、第６の抵抗器２２Ｃにおける共通
接続部と反対側の端子は、接地端子２４と接続されてい
る。

【００５４】第３の整合回路の出力端子と第３ＦＥＴ１
１Ｃのゲート端子との間には、第３の整合回路３３と第
３ＦＥＴ１１Ｃとのインピーダンスの整合をとる第４の
整合回路３４Ａが設けられ、第３の整合回路の出力端子
と第４ＦＥＴ１１Ｄのゲート端子との間には、第３の整
合回路３３と第４ＦＥＴ１１Ｄとのインピーダンスの整
合をとる第５の整合回路３４Ｂが設けられている。

【００５５】第３ＦＥＴ１１Ｃの出力端子であるドレイ
ン端子と増幅器の出力端子３６との間には、第３ＦＥＴ
１１Ｃと出力端子３６に接続される機器とのインピーダ
ンスの整合をとる第６の整合回路３５Ａが設けられ、第
４ＦＥＴ１１Ｄの出力端子であるドレイン端子と出力端
子３６との間には、第４ＦＥＴ１１Ｄと出力端子３６に
接続される機器とのインピーダンスの整合をとる第７の
整合回路３５Ｂが設けられている。

【００５６】このように、多段構成の電力増幅器におけ
る複数のバイアス供給回路にバイアス電圧を供給するバ
イアス供給端子２３が共有されている場合に、本発明は
有効となる。なぜなら、ＦＥＴのゲートバイアス電圧を
変動させると、入力信号の高周波特性にも影響を与える
からである。このため、本発明により、例えば、最終段
のみのゲートバイアス電圧を制御すれば、バイアス電圧
Ｖggを可変としてすべてのＦＥＴのゲートバイアス電圧
を個別に制御するのと比べて、増幅器全体の高周波特性
の変動を抑制できる。

【００５７】本実施形態の特徴として、多段構成の増幅
器における最終段である第３のバイアス供給回路２０Ｃ
は、第６の抵抗器２２Ｃの抵抗温度係数が、第５の抵抗
器２１Ｃの抵抗温度係数よりも大きい。

【００５８】このようにすると、多段構成の増幅器にお
いては、最終段のＦＥＴが増幅器の消費電力の電流制御
に対して支配的となるため、該最終段のＦＥＴのバイア
ス電圧値の絶対値が大きくなるので、該ＦＥＴ、ここで
は第３ＦＥＴ１１Ｃ及び第４ＦＥＴ１１Ｄの動作電流の
増加が抑制される。

【００５９】従って、第１の実施形態と同様の条件を有
する第５の抵抗器２１Ｃ及び第６の抵抗器２２Ｃを用い
ることが好ましい。

【００６０】すなわち、第３のバイアス供給回路２０Ｃ
における第６の抵抗器２２Ｃの抵抗温度係数は、第５の
抵抗器の抵抗温度係数よりも１０倍以上大きいことが好
ましい。また、第５の抵抗器２１Ｃに用いる通常のチッ
プ抵抗器の抵抗値の温度変化は±２００ｐｐｍ／℃以内
であるため、第６の抵抗器２２Ｃには、抵抗温度係数が
２０００ｐｐｍ／℃よりも大きい感温抵抗器を用いると
良い。さらに、第５の抵抗器２１Ｃの抵抗値Ｒ５は、１
００Ω〜３ｋΩとすれば良い。

【００６１】以上、本実施形態によると、多段構成で且
つ電力を分配及び合成する高周波電力増幅器であって
も、抵抗分圧によりゲートバイアス電圧値を決定する最
終段の第３のバイアス供給回路２０Ｃにおいて、接地側
に設けられた第６の抵抗器２２Ｃの抵抗温度係数を通常
のチップ抵抗器の抵抗温度係数よりも大きくすることに
より、動作温度の上昇時に、接地側の第６の抵抗器２２
の抵抗値Ｒ６の自然増加によって、第３ＦＥＴ１１Ｃ及
び第４ＦＥＴ１１Ｄの負のゲートバイアス電圧値の絶対
値を大きく（深く）できる。このため、簡単な回路構成
でありながら優れた温度補償効果を得ることができる。
また、第１ＦＥＴ１１Ａ及び第２ＦＥＴ１１Ｂにおいて
はバイアス変動が生じないため、動作特性の変動が抑制
される。

【００６２】さらに、本実施形態のように、バイアス供
給端子２３を複数のバイアス供給回路により共有される
構成を採る場合は、外付けの温度補償回路を付加する構
成は、すべてのＦＥＴのゲートバイアス電圧が変動する
ため、動作特性の変動が大きい。

【００６３】なお、最終段である第３のバイアス供給回
路２０Ｃだけでなく、第１のバイアス供給回路２０Ａ又
は第２のバイアス供給回路２０Ｂに対しても、接地側の
抵抗器の抵抗温度係数をバイアス電圧供給側の抵抗器の
抵抗温度係数よりも１０倍程度以上大きくしてもよい。

【００６４】このように、本実施形態に係る電力増幅器
は、多段増幅の場合は発熱量が多くなるため、１つのＦ
ＥＴで構成するよりも温度設計の制約が厳しくなるが、
従来の回路構成に対して変更を加えることなく、温度特
性に優れると共に小型で且つ安価な電力増幅器を実現で
きる。

【００６５】また、本実施形態においては、最終段の増
幅素子を第３ＦＥＴ１１Ｃ及び第４ＦＥＴ１１Ｄの並列
構成としたが、いずれか一方の構成でも本発明は有効で
ある。

【００６６】また、第３のバイアス供給回路２０Ｃが第
３ＦＥＴ１１Ｃのゲート又は第４ＦＥＴ１１Ｄのゲート
と直接接続されている構成の場合にも、本発明は有効で
ある。

【００６７】

【発明の効果】本発明に係る第１の電力増幅器による
と、第１のバイアス基準電位よりも高い第２のバイアス
基準電位が供給される第２の供給端子側には、第１の抵
抗器よりも抵抗温度係数が大きい第２の抵抗器が設けら
れているため、動作温度が上昇すると、第１の抵抗器と
第２の抵抗器の各抵抗値により決定されるバイアス電圧
値が低くなる。その結果、増幅素子がＦＥＴの場合に
は、該増幅素子の動作電流の増加が抑制されるため、歪
み特性を良好にできる程度に消費電流値を高く設定して
も定格消費電力を超えないようにできるので、外付けの
温度補償回路を設けることなく、簡単な構成で動作特性
を良好にできる。

【００６８】本発明に係る第２の電力増幅器によると、
多段の増幅素子により増幅器が構成される場合であって
も、増幅器の消費電力の電流制御に関して支配的である
最終段の増幅素子のみのバイアス電圧を制御できる。従
って、最終段の増幅素子のみのバイアス制御を行なえる
ため、増幅器の高周波特性の変動を抑えながら、増幅素
子の動作電流の増加が抑制されるので、外付けの温度補
償回路を設けずに、簡単な構成で動作特性を良好にでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅
器の主要部を示す回路図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅
器におけるバイアス供給回路に従来の抵抗器を用いた場
合の増幅器の動作温度と消費電流との関係を示すグラフ
である。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る増幅素子（ＦＥ
Ｔ）のドレイン電流のゲートバイアス電圧依存性を示す
グラフである。

【図４】本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅
器における第２の抵抗器の抵抗値とゲートバイアス電圧
値との関係を示すグラフである。

【図５】本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅
器における第２の抵抗器の温度係数と抵抗値との関係を
示すグラフである。

【図６】本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅
器における動作温度と消費電流との抵抗温度係数依存性
を表わすグラフである。

【図７】本発明の第１の実施形態に係る高周波電力増幅
器における動作温度と消費電流との第１の抵抗器の抵抗
値依存性を表わすグラフである。

【図８】本発明の第１の実施形態の一変形例に係る高周
波電力増幅器の主要部を示す回路図である。

【図９】本発明の第２の実施形態に係る高周波電力増幅
器を示す回路図である。

【図１０】従来の高周波電力増幅モジュールを示す回路
図である。

【図１１】従来の高周波電力増幅モジュールの動作温度
特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１１ ＦＥＴ（増幅素子） １１ｇ ゲート端子 １１ｄ ドレイン端子 １１ｓ ソース端子 ２０ バイアス供給回路 ２１ 第１の抵抗器 ２２ 第２の抵抗器 ２３ バイアス供給端子（第１の供給端子） ２４ 接地端子（第２の供給端子） ２５ 第３の抵抗器 ２６ キャパシタ １１Ａ 第１ＦＥＴ（増幅素子） １１Ｂ 第２ＦＥＴ（増幅素子） １１Ｃ 第３ＦＥＴ（増幅素子） １１Ｄ 第４ＦＥＴ（増幅素子） ２０Ａ 第１のバイアス供給回路 ２０Ｂ 第２のバイアス供給回路 ２０Ｃ 第３のバイアス供給回路 ３０ 入力端子 ３１ 第１の整合回路 ３２ 第２の整合回路 ３３ 第３の整合回路 ３４Ａ 第４の整合回路 ３４Ｂ 第５の整合回路 ３５Ａ 第６の整合回路 ３５Ｂ 第７の整合回路 ３６ 出力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 昌宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5J090 AA01 AA41 CA02 CA57 CA81 CN01 CN03 FA08 FA10 FA12 FA20 FN06 FN09 HA09 HA25 HA29 HA43 HN20 KA12 KA29 KA48 MA08 MA19 MA23 SA14 TA01 TA02 TA04 5J091 AA01 AA41 CA02 CA57 CA81 FA08 FA10 FA12 FA20 FP08 GP02 GP05 HA09 HA25 HA29 HA43 KA12 KA29 KA48 MA08 MA19 MA23 SA14 TA01 TA02 TA04 UW08 5J092 AA01 AA41 CA02 CA57 CA81 FA08 FA10 FA12 FA20 HA09 HA25 HA29 HA43 KA12 KA29 KA48 MA08 MA19 MA23 SA14 TA01 TA02 TA04 VL08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号を入力端子に受け、受けた入力
   信号を増幅して出力する増幅素子と、 第１のバイアス基準電位が供給される第１の供給端子、
   及び前記第１のバイアス基準電位よりも高い第２のバイ
   アス基準電位が供給される第２の供給端子とを有し、前
   記第１のバイアス基準電位及び第２のバイアス基準電位
   に基づいて前記増幅素子の入力端子に所定のバイアス電
   位を供給するバイアス供給回路とを備え、 前記バイアス供給回路は、前記入力端子及び前記第１の
   供給端子の間に設けられている第１の抵抗器と、 前記入力端子及び前記第２の供給端子の間に設けられ、
   抵抗温度係数が前記第１の抵抗器よりも大きい第２の抵
   抗器とを有していることを特徴とする電力増幅器。
2. 【請求項２】 前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器
   は、所定の温度範囲における動作中の前記増幅素子の温
   度上昇に対して、前記増幅素子の動作電流が所定の消費
   電力を超えないように設定されていることを特徴とする
   請求項１に記載の電力増幅器。
3. 【請求項３】 前記第２の抵抗器の抵抗温度係数は、前
   記第１の抵抗器の抵抗温度係数よりも１０倍以上大きい
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力増幅器。
4. 【請求項４】 前記第１の抵抗器の抵抗値は１００Ω〜
   ３ｋΩであることを特徴とする請求項３に記載の電力増
   幅器。
5. 【請求項５】 前記第１の抵抗器の抵抗温度係数は−２
   ００ｐｐｍ／℃〜＋２００ｐｐｍ／℃であり、前記第２
   の抵抗器の抵抗温度係数は＋２０００ｐｐｍ／℃よりも
   大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力増
   幅器。
6. 【請求項６】 前記第１の抵抗器の抵抗値は１００Ω〜
   ３ｋΩであることを特徴とする請求項５に記載の電力増
   幅器。
7. 【請求項７】 それぞれが入力信号を入力端子に受け、
   受けた各入力信号を増幅して出力する多段の増幅素子
   と、 第１のバイアス基準電位が供給される第１の供給端子、
   及び前記第１のバイアス基準電位よりも高い第２のバイ
   アス基準電位が供給される第２の供給端子とを有し、前
   記第１のバイアス基準電位及び第２のバイアス基準電位
   に基づいて前記多段の増幅素子の各入力端子に所定のバ
   イアス電位を供給する複数のバイアス供給回路とを備
   え、 前記多段の増幅素子のうちの少なくとも最終段の増幅素
   子に対してバイアス電位を供給するバイアス供給回路
   は、該バイアス供給回路の入力端子及び前記第１の供給
   端子の間に設けられている第１の抵抗器と、 前記入力端子及び前記第２の供給端子の間に設けられ、
   抵抗温度係数が前記第１の抵抗器よりも大きい第２の抵
   抗器とを有していることを特徴とする電力増幅器。