JP2001298328A - 高周波増幅回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波増幅器をなすＧaＡs ＦＥＴに対する
高温でのドレインバイアス電流Ｉdqを低減させることが
できる高周波増幅回路を得る。 【解決手段】 負の定電圧Ｖggを、トリマブル抵抗であ
る抵抗Ｒ１と正の温度係数を有する固定抵抗である抵抗
Ｒ２の直列回路からなるゲートバイアス回路３で分圧し
て、高周波増幅器をなすＧaＡs ＦＥＴ２のゲートにゲ
ートバイアス電圧Ｖgqとして印加するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＧaＡs系ショット
キバリア型の接合ＦＥＴ（Field Effect Transistor）
からなる高周波増幅器を用いた高周波増幅回路に関し、
特に周囲温度の変化に伴う消費電流の増加を低減させる
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高周波領域で使用される増幅器に
ＧaＡs系ショットキバリア型の接合ＦＥＴ（以下、Ｇa
Ａs ＦＥＴと呼ぶ）が使用されていた。図９は、このよ
うな増幅器の例を示した回路図であり、ソース接地した
場合を例にして示している。図９において、入力端子Ｉ
Ｎから入力された高周波信号は、ＧaＡs ＦＥＴ１００
で増幅されて出力端子ＯＵＴから出力される。

【０００３】一方、ＧaＡs ＦＥＴ１００のドレインバ
イアス電流Ｉdqは、ＧaＡs ＦＥＴ１００に印加される
ゲートバイアス電圧Ｖgq及びドレイン電圧Ｖdで決定さ
れる。しかし、ゲートバイアス電圧Ｖgqを固定にする
と、量産時におけるＧaＡs ＦＥＴのピンチオフ電圧Ｖp
のばらつきによってドレインバイアス電流Ｉdqがばらつ
き、低歪みが要求される増幅器では所望の特性が得られ
ないことが多かった。このような問題を解決するため
に、低歪みが要求される増幅器には、図１０で示すよう
に抵抗分割方式のゲートバイアス回路が使用されてい
た。

【０００４】図１０において、ゲートバイアス回路１０
１は、外部から印加される所定の定電圧Ｖggと接地との
間に接続された抵抗１０２及び１０３の直列回路で形成
されている。該抵抗１０２及び１０３は、レーザ照射等
でトリミングすることによって抵抗値を変えることがで
きる抵抗（以下、これをトリマブル抵抗と呼ぶ）であ
り、抵抗１０２及び１０３をトリミングしてゲートバイ
アス電圧Ｖgqを所望の値に設定することができ、ドレイ
ンバイアス電流Ｉdqのばらつきを減少させることができ
る。このようなゲートバイアス回路は、一般的に、携帯
電話等に使用される増幅器、特に低歪みが要求される増
幅器に使用されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ゲートバイア
ス回路１０１に使用される各トリマブル抵抗１０２，１
０３は、抵抗値の温度係数が通常ゼロであることから、
ゲートバイアス電圧Ｖgqは温度変化に関係なく一定とな
る。すなわち、ドレインバイアス電流Ｉdqの温度特性
は、ＧaＡs ＦＥＴ１００が有する温度特性に起因する
ものとなり、その温度特性例を図１１で示している。図
１１から、ドレインバイアス電流Ｉdqは、周囲温度の変
化に対して正特性を有しており、周囲温度が高くなるほ
ど増加することが分かる。例えば、ドレインバイアス電
流Ｉdqは、室温２５℃から低温−４０℃にすると減少
し、室温２５℃から高温１００℃にすると非常に増大す
ることになる。

【０００６】このため、連続動作を行うアプリケーショ
ンにおいて、長時間動作を実現するために高温でのドレ
インバイアス電流Ｉdqの低減が望まれており、特に携帯
電話等のように電池で動作する機器においては、消費電
流を低減させて長時間動作を実現するために高温でのド
レインバイアス電流Ｉdqを低減させる必要があった。

【０００７】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、ＧaＡsＦＥＴの温度特性を打
ち消すような温度特性を有するゲートバイアス回路、又
はその他の付加回路を設けることによって、高温でのド
レインバイアス電流Ｉdqを低減させることができる高周
波増幅回路を得ることを目的とする。

【０００８】なお、特開平７−２２８５９号公報では、
電力増幅器を形成するＦＥＴのドレイン電流を増減させ
ることによって効率及び発熱の改善を行い、電源電圧が
変動した場合でも効率を上げるようにしたものであるの
に対して、本発明は、ドレインバイアス電流の温度依存
性を低減することを目的としたものであり特開平７−２
２８５９号公報とは異なるものである。また、本発明と
異なるが、特開平１０−３３６０４６号公報では、高周
波パワーモジュールにおいて、出力能力が余裕のある状
態では動作効率が低下することから、その対策として電
源電圧を制御することが開示されている。

【０００９】

【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、高周波信号の増幅を行う、ＧaＡs系ショット
キバリア型の接合ＦＥＴであるＧaＡs ＦＥＴと、該Ｇa
Ａs ＦＥＴにおけるドレインバイアス電流の温度係数の
符号と相反する符号の温度係数を有するゲートバイアス
電圧を生成して、該ＧaＡs ＦＥＴに印加するゲートバ
イアス回路とを備えるものである。

【００１０】また、この発明に係る高周波増幅回路は、
請求項１において、上記ゲートバイアス回路は、抵抗値
の温度係数がゼロの少なくとも１つの抵抗と抵抗値の温
度係数を有する抵抗とで所定の電圧を分圧してゲートバ
イアス電圧を生成するものである。

【００１１】また、この発明に係る高周波増幅回路は、
請求項２において、上記温度係数がゼロの抵抗は、トリ
ミングを行って抵抗値の調整を行う抵抗である。

【００１２】また、この発明に係る高周波増幅回路は、
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、上記ＧaＡs
ＦＥＴのゲートと所定の電位との間に、抵抗値の温度
係数を有する抵抗とＤＣカット用キャパシタとの直列回
路を設けるものである。

【００１３】また、この発明に係る高周波増幅回路は、
請求項４において、上記直列回路の抵抗は、温度変化に
対するＧaＡs ＦＥＴの利得変化量を減少させるよう
な、抵抗値の温度係数を有するものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、図面に示す実施の形態に基
づいて、本発明を詳細に説明する。 実施の形態１．図１は、本発明の実施の形態１における
高周波増幅回路の例を示した回路図である。図１におい
て、高周波増幅回路１は、増幅器をなすＧaＡs系ショッ
トキバリア型の接合ＦＥＴ（以下、ＧaＡs ＦＥＴと呼
ぶ）２と、ＧaＡs ＦＥＴ２のゲートに対してゲートバ
イアス電圧Ｖgqを印加するゲートバイアス回路３とで構
成されている。

【００１５】ＧaＡs ＦＥＴ２は、ソースが接地されて
おり、入力端子ＩＮから入力された高周波信号がゲート
に入力される。ＧaＡs ＦＥＴ２で増幅された該高周波
信号は、ドレインに接続された出力端子ＯＵＴから出力
される。更に、ＧaＡs ＦＥＴ２は、ドレインにドレイ
ン電圧Ｖdが印加されており、ＧaＡs ＦＥＴ２のドレイ
ンバイアス電流Ｉdqは、ゲートバイアス電圧Ｖgq及びド
レイン電圧Ｖdで決定される。

【００１６】ゲートバイアス回路３は、外部から印加さ
れる所定の定電圧Ｖggと接地との間に接続された抵抗Ｒ
１及びＲ２の直列回路で形成されており、抵抗Ｒ１は定
電圧Ｖgg側に、抵抗Ｒ２は接地側にそれぞれ接続され、
抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続部がＧaＡs ＦＥＴ２のゲ
ートに接続されている。また、抵抗Ｒ１は、レーザ照射
等でトリミングすることによって抵抗値を変えることが
できる抵抗（以下、これをトリマブル抵抗と呼ぶ）であ
り、抵抗Ｒ２は固定抵抗である。なお、定電圧Ｖgg及び
ゲートバイアス電圧Ｖgqは共に負の電圧である。

【００１７】このことから、抵抗Ｒ１は、温度係数がゼ
ロであることから図２の特性Ｂで示すように温度による
抵抗値の変化がないのに対して、抵抗Ｒ２は、図２の特
性Ａで示すように正の温度係数を有しており、周囲温度
が上昇するにしたがって抵抗値が大きくなる。このた
め、ゲートバイアス電圧Ｖgqは、図３で示すように周囲
温度が上昇するにしたがって低下する負の温度係数とな
り、ＧaＡs ＦＥＴ２のドレインバイアス電流Ｉdqは、
図１１で示した特性に対して、低温時で増加すると共に
高温時で減少する。

【００１８】一方、図１で示したゲートバイアス回路３
は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の直列回路からなる場合を例に
して示したが、図４で示すように、トリマブル抵抗であ
る抵抗Ｒ５及びＲ６の直列回路に固定抵抗である抵抗Ｒ
７を直列に接続してゲートバイアス回路３を形成するよ
うにしてもよい。なお、図４では、図１と同じものは同
じ符号で示しており、ここではその説明を省略すると共
に図１との相違点のみ説明する。図４における図１との
相違点は、図１のゲートバイアス回路３を抵抗Ｒ５〜Ｒ
７の直列回路で構成したことから、図１のゲートバイア
ス回路３をゲートバイアス回路３ａとし、これに伴って
図１の高周波増幅回路１を高周波増幅回路１ａとしたこ
とにある。

【００１９】ゲートバイアス回路３ａは、外部から印加
される所定の定電圧Ｖggと接地との間に接続された抵抗
Ｒ５〜Ｒ７の直列回路で形成されている。該直列回路に
おいて、電圧Ｖgg側に抵抗Ｒ５が、接地側に抵抗Ｒ７
が、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ７との間に抵抗Ｒ６がそれぞれ接
続され、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との接続部がＧaＡs ＦＥ
Ｔ２のゲートに接続されている。抵抗Ｒ５及びＲ６は、
トリマブル抵抗であり、抵抗Ｒ７は正の温度係数を有す
る固定抵抗である。このように、ゲートバイアス回路３
ａに２つのトリマブル抵抗を使用していることから、図
１で示した高周波増幅回路１よりも所望のゲートバイア
ス電圧Ｖgqを得るためのトリミングに要する時間を短縮
することができる。

【００２０】このように、本実施の形態１における高周
波増幅回路は、負の定電圧Ｖggを少なくとも１つのトリ
マブル抵抗と正の温度係数を有する固定抵抗の直列回路
からなるゲートバイアス回路で分圧して、高周波増幅器
をなすＧaＡs ＦＥＴ２のゲートにゲートバイアス電圧
Ｖgqとして印加するようにした。このことから、高周波
増幅器をなすＧaＡs ＦＥＴにおけるドレインバイアス
電流Ｉdqの温度特性において、温度係数の絶対値を小さ
くすることができるため、温度上昇に伴うドレインバイ
アス電流Ｉdqの増加を小さくすることができ、温度上昇
に伴う消費電流の増加を低減させることができる。

【００２１】実施の形態２．上記実施の形態１の高周波
増幅回路に、高周波増幅器をなすＧaＡs ＦＥＴの高周
波動作を安定させるための安定化回路を設け、ＧaＡs
ＦＥＴによる電力利得の温度変化量を低減するように該
安定化回路に温度特性を持たせるようにしてもよく、こ
のようにしたものを本発明の実施の形態２とする。図５
は、本発明の実施の形態２における高周波増幅回路の例
を示した回路図である。なお、図５では、図１と同じも
のは同じ符号で示しており、ここではその説明を省略す
ると共に、図１との相違点のみ説明する。

【００２２】図５における図１との相違点は、固定抵抗
Ｒ２１と直流カット用のキャパシタ２２からなる安定化
回路２３を追加したことにあり、これに伴って図１の高
周波増幅回路１を高周波増幅回路２０としたことにあ
る。図５において、ＧaＡs ＦＥＴ２のゲートと接地と
の間に、抵抗Ｒ２１とキャパシタ２２の直列回路からな
る安定化回路２３が接続されており、該安定化回路２３
は、ＧaＡs ＦＥＴ２の高周波動作を安定化させるもの
であり、高周波増幅回路２０に接続される負荷の変動に
対してＧaＡs ＦＥＴ２の動作を安定化させるための回
路である。

【００２３】一般的に、このような構成の安定化回路２
３をＧaＡs ＦＥＴ２に付加した場合、安定化回路２３
に使用する抵抗の値を小さくすると、ＧaＡs ＦＥＴ２
によって得られる電力利得は低下する。このことから、
安定化回路２３を構成する抵抗Ｒ２１に、図１の抵抗Ｒ
２と同様に正の温度係数を有した固定抵抗を使用するこ
とによって、電力利得の温度変化を低減することができ
る。

【００２４】図６は、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ２１の温度特
性の組み合わせに対するＧaＡs ＦＥＴ２の電力利得の
温度特性を示した図である。図６において、抵抗Ｒ２及
び抵抗Ｒ２１が共に正の温度係数を有する場合の特性、
抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ２１が共に温度係数がゼロである場
合の特性、及び抵抗Ｒ２が正の温度係数を有し抵抗Ｒ２
１の温度係数がゼロである場合の特性をそれぞれ示して
いる。図６から分かるように、安定化回路２３の抵抗Ｒ
２１に正の温度係数を有する固定抵抗を使用することに
よって、温度変化によるＧaＡs ＦＥＴ２の電力利得の
変化量を低減させることができる。

【００２５】なお、図５では、安定化回路２３は、ゲー
トバイアス回路３よりもＧaＡs ＦＥＴ２のゲートに近
い位置に配置されているが、図７で示すように、ゲート
バイアス回路３を安定化回路２３よりもＧaＡs ＦＥＴ
２のゲートに近い位置に配置するようにしてもよい。こ
のようにした場合においても図５の場合と同様の効果を
得ることができる。また、図５では、図１で示したゲー
トバイアス回路を有する場合を例にして示しており、図
４で示したゲートバイアス回路を有する場合も同様であ
るのでその説明を省略する。

【００２６】このように、本実施の形態２における高周
波増幅回路は、実施の形態１で示した高周波増幅回路に
対して、ＧaＡs ＦＥＴ２のゲートと接地との間にＧaＡ
s ＦＥＴ２の高周波動作を安定化させるための安定化回
路２３を更に設けると共に、該安定化回路２３を構成す
る抵抗Ｒ２１に、正の温度係数を有する固定抵抗を使用
した。このことから、上記実施の形態１と同様の効果を
得ることができると共に、温度変化による高周波増幅器
の電力利得の変化量を低減させることができる。

【００２７】なお、上記実施の形態１及び実施の形態２
で示した高周波増幅回路を複数、例えば図８で示すよう
に２つの高周波増幅回路ＡＭＰ１及びＡＭＰ２を直列に
接続した多段の増幅器からなる高周波増幅回路を形成し
てもよく、このようにした場合、直列に接続した高周波
増幅回路のいずれか一方又は両方に、上記実施の形態１
又は実施の形態２で示した高周波増幅回路を使用すれ
ば、上記実施の形態１又は実施の形態２と同様の効果を
得ることができる。この際、１段目の高周波増幅回路Ａ
ＭＰ１を形成するＧaＡs ＦＥＴのゲート幅を、２段目
の高周波増幅回路ＡＭＰ２を形成するＧaＡs ＦＥＴの
ゲート幅以下にするとよい。

【００２８】

【発明の効果】請求項１に係る高周波増幅回路は、高周
波信号の増幅を行うＧaＡs ＦＥＴにおけるドレインバ
イアス電流の温度係数の符号と相反する符号の温度係数
を有するゲートバイアス電圧を生成して、該ＧaＡs Ｆ
ＥＴに印加するようにした。このことから、ＧaＡs Ｆ
ＥＴにおけるドレインバイアス電流の温度変化に対する
変化量を小さくすることができるため、温度上昇に伴う
ドレインバイアス電流の増加を小さくすることができ、
温度上昇に伴う消費電流の増加を低減させることができ
る。

【００２９】請求項２に係る高周波増幅回路は、請求項
１において、抵抗値の温度係数がゼロの少なくとも１つ
の抵抗と抵抗値の温度係数を有する抵抗とで所定の電圧
を分圧してゲートバイアス電圧を生成するようにした。
このことから、簡単な構成で温度上昇に伴う消費電流の
増加を低減させることができる。

【００３０】請求項３に係る高周波増幅回路は、請求項
２において、抵抗値の温度係数がゼロの抵抗に、トリミ
ングを行って抵抗値の調整を行う抵抗を使用した。この
ことから、ゲートバイアス電圧の調整を簡単な構成で容
易に行うことができる。

【００３１】請求項４に係る高周波増幅回路は、請求項
１から請求項３のいずれかにおいて、ＧaＡs ＦＥＴの
ゲートと所定の電位との間に、抵抗値の温度係数を有す
る抵抗とＤＣカット用キャパシタとの直列回路を設け
た。このことから、ＧaＡs ＦＥＴの高周波動作を安定
化させることができると共に、該直列回路における抵抗
の温度係数に応じて、温度変化に対するＧaＡs ＦＥＴ
の利得変化量を変えることができる。

【００３２】請求項５に係る高周波増幅回路は、請求項
４において、上記直列回路の抵抗における抵抗値の温度
係数を、温度変化に対するＧaＡs ＦＥＴの利得変化量
を減少させるような値にしたことから、温度変化による
電力利得の変化量を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１における高周波増幅回
路の例を示した回路図である。

【図２】 図１の抵抗Ｒ１及びＲ２の温度特性例を示し
た図である。

【図３】 図１の抵抗Ｒ２の温度係数が負である場合と
ゼロである場合におけるゲートバイアス電圧Ｖgqの各温
度特性例を示した図である。

【図４】 本発明の実施の形態１における高周波増幅回
路の他の例を示した回路図である。

【図５】 本発明の実施の形態２における高周波増幅回
路の例を示した回路図である。

【図６】 図５における抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ２１の温度
特性の組み合わせに対するＧaＡs ＦＥＴ２の電力利得
の温度特性を示した図である。

【図７】 本発明の実施の形態２における高周波増幅回
路の他の例を示した回路図である。

【図８】 本発明の実施の形態１又は実施の形態２にお
ける高周波増幅回路を複数使用した場合を示した図であ
る。

【図９】 従来の高周波増幅器の例を示した回路図であ
る。

【図１０】 従来の高周波増幅回路の例を示した回路図
である。

【図１１】 図１０で示したＧaＡs ＦＥＴ１００にお
けるドレインバイアス電流Ｉdqの温度特性例を示した図
である。

【符号の説明】

１，２０ 高周波増幅回路、 ２ ＧaＡs ＦＥＴ、
３，３ａ ゲートバイアス回路、 Ｒ１，Ｒ５，Ｒ６
トリマブル抵抗、 Ｒ２，Ｒ７，Ｒ２１ 固定抵抗、
２２ キャパシタ、 ２３ 安定化回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J090 AA01 CA02 CA36 CA98 FA10 FN01 FN05 HA11 HA24 HA25 HA26 HA29 KA12 SA13 TA01 TA04 5J092 AA01 CA02 CA36 CA98 FA10 HA11 HA24 HA25 HA26 HA29 KA12 SA13 TA01 TA04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波信号の増幅を行う、ＧaＡs系ショ
   ットキバリア型の接合ＦＥＴであるＧaＡs ＦＥＴと、 該ＧaＡs ＦＥＴにおけるドレインバイアス電流の温度
   係数の符号と相反する符号の温度係数を有するゲートバ
   イアス電圧を生成して、該ＧaＡs ＦＥＴに印加するゲ
   ートバイアス回路と、を備えることを特徴とする高周波
   増幅回路。
2. 【請求項２】 上記ゲートバイアス回路は、抵抗値の温
   度係数がゼロの少なくとも１つの抵抗と抵抗値の温度係
   数を有する抵抗とで所定の電圧を分圧して上記ゲートバ
   イアス電圧を生成することを特徴とする請求項１に記載
   の高周波増幅回路。
3. 【請求項３】 上記温度係数がゼロの抵抗は、トリミン
   グを行って抵抗値の調整を行う抵抗であることを特徴と
   する請求項２に記載の高周波増幅回路。
4. 【請求項４】 上記ＧaＡs ＦＥＴのゲートと所定の電
   位との間に、抵抗値の温度係数を有する抵抗とＤＣカッ
   ト用キャパシタとの直列回路を設けることを特徴とする
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の高周波増幅回
   路。
5. 【請求項５】 上記直列回路の抵抗は、温度変化に対す
   る上記ＧaＡs ＦＥＴの利得変化量を減少させるよう
   な、抵抗値の温度係数を有することを特徴とする請求項
   ４に記載の高周波増幅回路。