JP2005184707A - Transistor amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はトランジスタ増幅器に関し、特に複数のバイポーラトランジスタが並列接続された高周波電力増幅器に関するものである。 The present invention relates to a transistor amplifier, and more particularly to a high-frequency power amplifier in which a plurality of bipolar transistors are connected in parallel.
現在、移動体通信用の高周波電力増幅器には、GaAs基板やSi基板上に形成されるヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)が適用されている。バイポーラトランジスタを電力増幅器に適用する際に、図10に示すような熱暴走を抑制するために、エミッタ端子またはベース端子に抵抗素子を付加し、温度上昇に伴う電流上昇とエミッタ・ベース間の電圧関係に負帰還作用を与えて、温度上昇による正帰還作用を相殺するバラスト抵抗法が従来から行われている。なお、図10において、横軸はコレクタ・エミッタ電圧、縦軸はコレクタ電流を、それぞれ示している。 Currently, a heterojunction bipolar transistor (HBT) formed on a GaAs substrate or Si substrate is applied to a high frequency power amplifier for mobile communication. When a bipolar transistor is applied to a power amplifier, a resistance element is added to the emitter terminal or the base terminal to suppress thermal runaway as shown in FIG. Conventionally, a ballast resistance method has been performed in which a negative feedback action is given to the relationship to offset a positive feedback action due to a temperature rise. In FIG. 10, the horizontal axis represents the collector-emitter voltage, and the vertical axis represents the collector current.
このバラスト抵抗法を用いる際に、高周波での損失を無くすために、図11で示すようなバラスト抵抗11と並列に容量素子10を接続することが一般的である。すなわち、HBT9のベースに抵抗素子11を介してDC(直流バイアス)電圧を印加すると共に、容量素子10を介してRF信号を印加するものである。HBT9は温度が上昇すると電流利得が低下するため、高温での負帰還作用が大きくなるベースバラスト抵抗法が好まれている。更に、半導体基板上では、抵抗素子よりも容量素子の占有面積が大きいため、容量素子面積が小さくなるという点からも、ベースバラスト抵抗法が好まれている。
When this ballast resistance method is used, in order to eliminate loss at high frequencies, it is common to connect a
他方、増幅器を高出力化する場合、トランジスタセルを並列的に複数接続したマルチセルトランジスタ構成が用いられる。しかし、マルチセルトランジスタ構成を用いると、従来のバラスト抵抗法では、トランジスタセル間の熱的不均一動作により、図12に示すような電流コラプスが生じ、所望の高出力特性が得られないという問題が生じる。 On the other hand, when the output of the amplifier is increased, a multi-cell transistor configuration in which a plurality of transistor cells are connected in parallel is used. However, when the multi-cell transistor configuration is used, the conventional ballast resistor method has a problem that a current collapse as shown in FIG. 12 occurs due to a thermal non-uniform operation between transistor cells, and a desired high output characteristic cannot be obtained. Arise.
特許文献1には、このマルチセルトランジスタ構成のHBTの高周波電力増幅器について開示されている。この技術では、図13で示すように、各々のバイポーラトランジスタ12a〜12cのベース端子に抵抗素子14a〜14cと容量素子13a〜13cとをそれぞれ設け、これ等各抵抗素子14a〜14cを通して各トランジスタ12a〜12cにDC電圧を印加し、各容量素子13a〜13cを通してRF信号を印加することにより、抵抗素子の電位降下によって熱暴走とセル間熱不均一動作を抑制し、RF信号の損失を抑制する高周波電力増幅器が記載されている。
図11に示した単独のトランジスタ増幅器において、熱暴走を抑制するためにトランジスタ9に付加される抵抗値は、下式(1)で与えられる。
Rbb≧α・β・Vcc・Rth/n・gm ……(1)
ここで、Rbbはベースバラスト抵抗値、αは電流温度係数(A/℃)、βは電流利得、Vccはコレクタ電圧(V)、Rthは熱抵抗(℃/W)、nはセル数、gm は相互コンダクタンス(S)である。
In the single transistor amplifier shown in FIG. 11, the resistance value added to the transistor 9 in order to suppress thermal runaway is given by the following equation (1).
Rbb ≧ α ・ β ・ Vcc ・ Rth / n ・ gm (1)
Where Rbb is the base ballast resistance value, α is the current temperature coefficient (A / ° C), β is the current gain, Vcc is the collector voltage (V), Rth is the thermal resistance (° C / W), n is the number of cells, and gm Is the mutual conductance (S).
他方、図13に示した並列接続トランジスタ増幅器において、セル間の熱不均一を抑制するための抵抗値は、セル間に生じた温度差を熱抵抗で近似すると、下式(2)で与えられる。
Rbb≧α・β・Vcc・(Rth1 −Rth2 )/n・gm ……(2)
ここで、Rth1 は最大温度セルの熱抵抗、Rth2 は最小温度セルの熱抵抗である。
On the other hand, in the parallel-connected transistor amplifier shown in FIG. 13, the resistance value for suppressing the thermal non-uniformity between the cells is given by the following equation (2) when the temperature difference generated between the cells is approximated by the thermal resistance. .
Rbb ≧ α ・ β ・ Vcc ・ (Rth1 −Rth2) / n ・ gm (2)
Here, Rth1 is the thermal resistance of the maximum temperature cell, and Rth2 is the thermal resistance of the minimum temperature cell.
これ等(1),(2)式からわかるように、セル間の熱不均一動作を抑制するための抵抗よりも、熱暴走を抑制するための抵抗値が大きい。そのため、特許文献1では、セル間熱不均一動作の抑制という目的に対して、過剰な抵抗値を付加するため、新たな問題が生じる。その第1の問題は、出力電力の低下である。バラスト抵抗は、電流増加を抑制する効果を持っており、各々のトランジスタセルに流すことのできる最大電流値を低下させる。このことは結果的に、電力増幅器の最大出力電力を低下させるという問題を生じさせる。
As can be seen from these equations (1) and (2), the resistance value for suppressing the thermal runaway is larger than the resistance for suppressing the thermal non-uniform operation between the cells. Therefore, in
そして、第2の問題は歪み特性の悪化である。CDMA変調信号に代表されるデジタル変調信号において、高周波電流の振幅は時間に依存して変化する。そのため、増幅器にデジタル変調信号が入力された際に生じた差周波電流(トランジスタの非直線性に起因するスプリアス成分の電流)がベースバラスト抵抗を通過した場合、トランジスタのベース端子に印加されるDC電圧を変調する。このことは結果的に、バイアス点の変動を引き起こし、歪が悪化するという問題を生じる。 The second problem is deterioration of distortion characteristics. In a digital modulation signal typified by a CDMA modulation signal, the amplitude of the high-frequency current changes depending on time. Therefore, when the difference frequency current (current of spurious component due to transistor nonlinearity) generated when a digital modulation signal is input to the amplifier passes through the base ballast resistor, the DC applied to the base terminal of the transistor Modulate the voltage. As a result, the bias point fluctuates and the distortion becomes worse.
本発明の目的は、熱的安定性を維持しつつ高出力特性を有するトランジスタ増幅器を提供することである。 An object of the present invention is to provide a transistor amplifier having high output characteristics while maintaining thermal stability.
本発明の他の目的は、熱的安定性を維持しつつ低歪特性を有するトランジスタ増幅器を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a transistor amplifier having low distortion characteristics while maintaining thermal stability.
本発明による請求項1記載のトランジスタ増幅器は、複数のバイポーラトランジスタと、前記バイポーラトランジスタの各々に対して設けられ、一端が対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、他端が入力端子に接続された複数の容量素子と、前記バイポーラトランジスタの各々に対して設けられ、一端が対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、他端が直流端子に接続された複数の非線形素子とを含むことを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, a transistor amplifier is provided for each of a plurality of bipolar transistors and the bipolar transistors, one end of which is connected to a base terminal of the corresponding bipolar transistor and the other end is connected to an input terminal. A plurality of capacitive elements, and a plurality of nonlinear elements provided for each of the bipolar transistors, one end of which is connected to the base terminal of the corresponding bipolar transistor and the other end is connected to a DC terminal. And
すなわち、増幅器に入力されるRF信号レベルを増加させていくに従ってバイポーラトランジスタベース電流が増加するが、非線形素子端子間に生じる電位降下はベース電流に対して線形に増加することはない。そのために、トランジスタの過剰なベース電位の低下を抑制することができ、所望の高出力特性を得ることができる。またバイポーラトランジスタの各々に非線形素子を付加しているため、電流コラプスを抑制することが可能になる。 In other words, the bipolar transistor base current increases as the RF signal level input to the amplifier is increased, but the potential drop generated between the nonlinear element terminals does not increase linearly with respect to the base current. Therefore, an excessive decrease in base potential of the transistor can be suppressed, and desired high output characteristics can be obtained. Further, since a non-linear element is added to each bipolar transistor, current collapse can be suppressed.
本発明による請求項2記載のトランジスタ増幅器は、複数のバイポーラトランジスタと、前記バイポーラトランジスタの各々に対して設けられ、一端が対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、他端が入力端子に接続された複数の容量素子と、前記バイポーラトランジスタの各々に対して設けられ、一端が対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続された複数の非線形素子と、一端が前記非線形素子の各々の他端の共通接続点に接続され、他端が直流端子に接続された抵抗素子とを含むことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, a transistor amplifier is provided for each of a plurality of bipolar transistors and the bipolar transistor, one end of which is connected to a base terminal of the corresponding bipolar transistor and the other end is connected to an input terminal. A plurality of non-linear elements provided for each of the bipolar transistors, one end of which is connected to the base terminal of the corresponding bipolar transistor, and one end of which is a common connection between the other ends of the non-linear elements And a resistance element having the other end connected to a DC terminal.
すなわち、非線形素子を備えることで、請求項1における増幅器と同様な熱均一性並びに高出力特性を得ることができ、さらに抵抗を付加していることで、熱暴走をより抑制することが可能になる。
That is, by providing a non-linear element, it is possible to obtain the same thermal uniformity and high output characteristics as those of the amplifier of
本発明による請求項3記載のトランジスタ増幅器は、一端が前記共通接続点に接続され、他端が基準電位点に接続された容量素子を、更に含むことを特徴とする。すなわち、請求項2記載のトランジスタ増幅器と同様な熱均一性と熱暴走抑制、並びに、高出力特性を得ることができ、さらに容量を付加していることで、抵抗をスプリアス電流成分が通過しないため、低歪な特性を得ることが可能になる。
According to a third aspect of the present invention, the transistor amplifier further includes a capacitive element having one end connected to the common connection point and the other end connected to a reference potential point. That is, the thermal uniformity and thermal runaway suppression and high output characteristics similar to those of the transistor amplifier according to
本発明による請求項4記載のトランジスタ増幅器は、複数のバイポーラトランジスタと、前記バイポーラトランジスタの各々に対して設けられ、一端が対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、他端が入力端子に接続された複数の容量素子と、前記バイポーラトランジスタの各々に対して設けられ、一端が対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続された複数の抵抗素子と、一端が前記抵抗素子の各々の共通接続点に接続され、他端が直流端子に接続された抵抗素子とを含むことを特徴とする。 The transistor amplifier according to claim 4 of the present invention is provided for each of a plurality of bipolar transistors and each of the bipolar transistors, one end of which is connected to the base terminal of the corresponding bipolar transistor and the other end is connected to the input terminal. A plurality of capacitive elements and a plurality of resistance elements provided for each of the bipolar transistors, one end connected to the base terminal of the corresponding bipolar transistor, and one end connected to a common connection point of each of the resistance elements And a resistance element having the other end connected to the DC terminal.
すなわち、各々のトランジスタに付加した抵抗により熱不均一性を抑制し、潮流電圧端子と前記抵抗素子との間に付加した抵抗により熱暴走を抑制することが可能になる。さらに、熱暴走と熱不均一を個別に抑制することができるため、過剰な抵抗を付加することがなくなり、所望の高出力特性を得ることが可能になる。 That is, it is possible to suppress thermal non-uniformity by the resistance added to each transistor, and to suppress thermal runaway by the resistance added between the power flow voltage terminal and the resistance element. Furthermore, since thermal runaway and thermal non-uniformity can be suppressed individually, an excessive resistance is not added, and a desired high output characteristic can be obtained.
また、本発明による請求項5記載のトランジスタ増幅器は、請求項4記載のトランジスタ増幅器において、一端が前記共通接続点に接続され、他端が基準電位点に接続された容量素子を、更に含むことを特徴とする。すなわち、熱均一性、並びに、熱暴走抑制、並びに、高出力特性を得ることができ、さらに容量を付加することで、熱均一性を得るための抵抗にのみスプリアス電流成分が通過するため、低歪な特性を得ることが可能になる。
The transistor amplifier according to
また、本発明による請求項6記載のトランジスタ増幅器は、前述のトランジスタ増幅器において、複数のバイポーラトランジスタの各々に対して設けられ一端が前記バイポーラトランジスタのベース端子に接続され他端が基準電位点に接続された非線形素子を備える。すなわち、熱均一性、並びに、熱暴走抑制、並びに、高出力特性、並びに、低歪特性を得ることができ、さらに非線形素子を付加していることで、トランジスタセル間のRF的な不均一動作により生じた歪を抑制することができる。 The transistor amplifier according to claim 6 of the present invention is the transistor amplifier described above, wherein one end is connected to the base terminal of the bipolar transistor and the other end is connected to the reference potential point. Provided with a non-linear element. That is, thermal uniformity, thermal runaway suppression, high output characteristics, and low distortion characteristics can be obtained, and by adding a non-linear element, RF nonuniform operation between transistor cells is achieved. It is possible to suppress distortion caused by the above.
また、本発明による請求項16記載のトランジスタ増幅器は、複数のバイポーラトランジスタの各々に対して設けられ、一端が対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、他端が入力端子に接続された複数の容量素子と、前記複数のバイポーラトランジスタの各々に対して設けられた複数の3端子型非線形素子とを含み、前記複数の非線形素子の一端は対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、他の2端子は複数の直流端子に接続されている。かかる構成により、請求項1記載のトランジスタ増幅器と同様な作用効果を有する。 The transistor amplifier according to claim 16 of the present invention is provided for each of a plurality of bipolar transistors, one end of which is connected to a base terminal of the corresponding bipolar transistor and the other end is connected to an input terminal. A capacitor element and a plurality of three-terminal nonlinear elements provided for each of the plurality of bipolar transistors, one end of each of the plurality of nonlinear elements being connected to a base terminal of the corresponding bipolar transistor; The terminal is connected to a plurality of DC terminals. With this configuration, the same effect as that of the transistor amplifier according to the first aspect is obtained.
本発明によれば、GaAs基板やSi基板上に形成される複数のバイポーラトランジスタを並列接続して構成したトランジスタ増幅器において、熱的安定性を有しかつ高出力で低歪み特性が得られるという効果がある。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, in a transistor amplifier configured by connecting a plurality of bipolar transistors formed on a GaAs substrate or Si substrate in parallel, it has thermal stability and can provide high output and low distortion characteristics. There is.
以下に、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は本発明の第一の実施の形態による高周波電力増幅器の構成図である。すなわち、3つのヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、容量素子2a、2b、2cが配置されている。さらに、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、ダイオード素子3a、3b、3cが、そのアノード端子を接続して配置されている。RF信号が容量素子2a、2b、2cを通して、各トランジスタのベースへ印加され、またDC電圧がダイオード素子3a、3b、3cのカソード端子を通して、各トランジスタのベースへ印加されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a high-frequency power amplifier according to a first embodiment of the present invention. That is,
このように高周波電力増幅器を構成することにより、セル間熱不均一動作を抑制し、高出力電力特性が得られるという効果がもたらされる。この効果を式を用いてさらに説明する。一般に、バラスト抵抗が付加されないバイポーラトランジスタは熱暴走を引き起こす。そのため熱暴走を抑制するために、バイポーラトランジスタのベース端子に抵抗素子を付加し、温度上昇に伴う電流上昇とエミッタ・ベース間の電圧関係に負帰還作用を与えて、温度上昇による正帰還作用を相殺することは前述した如くである。 By configuring the high-frequency power amplifier in this way, it is possible to suppress the non-uniform heat operation between cells and to obtain high output power characteristics. This effect will be further described using equations. In general, a bipolar transistor to which no ballast resistor is added causes thermal runaway. Therefore, in order to suppress thermal runaway, a resistance element is added to the base terminal of the bipolar transistor, and a negative feedback action is given to the current rise accompanying the temperature rise and the voltage relationship between the emitter and base, and a positive feedback action due to the temperature rise is achieved. The offsetting is as described above.
しかしながら、高出力電力を得ようとして、RF入力信号レベルを大きくすると、ベース電流が急激に増加する。そのため、各々のトランジスタのベースエミッタ間には、下式(3)で示すように線形に電位降下が生じるため、所望の高出力電力が得られないという課題が生じる。
ΔVbej =−ΔIb ・Rbb ……(3)
ここで、ΔVbej は々のトランジスタにおけるベースエミッタ間電圧の変動した電圧分(V)、ΔIb は各々のトランジスタにおけるベース電流が増加した電流分(A)、Rbbは従来例における各々のトランジスタに付加されたベースバラスト抵抗(Ω)である。
However, if the RF input signal level is increased in order to obtain high output power, the base current increases rapidly. Therefore, a potential drop occurs linearly between the base emitters of the respective transistors as shown in the following formula (3), which causes a problem that a desired high output power cannot be obtained.
ΔVbej = -ΔIb · Rbb (3)
Here, ΔVbej is a voltage component (V) in which the base-emitter voltage in each transistor fluctuates, ΔIb is a current component (A) in which the base current in each transistor is increased, and Rbb is added to each transistor in the conventional example. Base ballast resistance (Ω).
そこで、図1に示すように、ベースバラスト抵抗素子の代わりに、ダイオード素子を各々のバイポーラトランジスタのベース端子に付加することで、各々のトランジスタのベースエミッタ間には下式(4)で示すような非線形な電位降下を生じさせることが可能になる。
ΔVbej =(−1/Vt )lnΔIb ……(4)
ここで、Vt は室温の熱エネルギー(eV)である。
Therefore, as shown in FIG. 1, instead of the base ballast resistor element, a diode element is added to the base terminal of each bipolar transistor, so that the following equation (4) is provided between the base emitters of each transistor. It is possible to generate a non-linear potential drop.
ΔVbej = (− 1 / Vt) lnΔIb (4)
Here, Vt is room temperature thermal energy (eV).
そのため図2に示すように、従来の抵抗素子に比べて、ベース電流が高い領域での電位降下を抑制することができるので、RF入力信号レベルを大きくしたとしても、所望の高出力電力を得ることができる。また、ダイオード素子は負帰還作用も有するため、各々のバイポーラトランジスタに付加することで、セル間の熱的均一性を得ることが可能になって、図11に示した電流コラプスの問題も解決でき、熱的安定性を維持しつつ高出力特性が得られるのである。 Therefore, as shown in FIG. 2, since a potential drop in a region where the base current is high can be suppressed as compared with the conventional resistance element, a desired high output power can be obtained even if the RF input signal level is increased. be able to. Further, since the diode element also has a negative feedback action, it can be added to each bipolar transistor to obtain thermal uniformity between cells, and the current collapse problem shown in FIG. 11 can be solved. High output characteristics can be obtained while maintaining thermal stability.
本例における好ましいダイオード素子としては、バイポーラトランジスタのベース層とコレクタ層で形成したpnダイオード、バイポーラトランジスタのベース層とコレクタ層とサブコレクタ層で形成したpinダイオード、バイポーラトランジスタのベース層とエミッタ層で形成したpnダイオード、バイポーラトランジスタのコレクタ層と金属で形成したショットキーダイオードなどがあげられる。 As a preferable diode element in this example, a pn diode formed of a base layer and a collector layer of a bipolar transistor, a pin diode formed of a base layer, a collector layer and a subcollector layer of a bipolar transistor, and a base layer and an emitter layer of a bipolar transistor are used. Examples thereof include a pn diode formed, and a Schottky diode formed of a collector layer and metal of a bipolar transistor.
図3は本発明の第二の実施の形態による高周波電力増幅器の構成図であり、図1と同等部分は同一符号にて示している。すなわち、3つのヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、容量素子2a、2b、2cが配置されている。さらに、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、ダイオード素子3a、3b、3bが、そのアノード端子を接続して配置されている。さらに、ダイオード素子3a、3b、3cのカソード端子が共通に接続されて、その接続点に抵抗素子4が配置されている。RF信号が、容量素子2a、2b、2cを通して、各トランジスタのベースへ印加され、DC電圧が、抵抗素子4及びダイオード素子3a〜3cを通して、各トランジスタのベースへ印加されている。
FIG. 3 is a configuration diagram of a high-frequency power amplifier according to the second embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. That is,
このように高周波電力増幅器を構成することにより、図1の第一の実施の形態の場合と同様に、セル間熱不均一動作を抑制し、高出力電力特性が得られるだけでなく、各々のトランジスタのベースエミッタ間に生じる電位降下は下式(5)で示すように、先の第一の実施の形態よりも熱暴走を抑制することが可能になるという効果がもたらされる。
ΔVbej =(−1/Vt )lnΔIb −n・ΔIb ・R4 ……(5)
ここで、R4 は抵抗素子4の抵抗値(Ω)、nはセル数である。
By configuring the high-frequency power amplifier in this manner, as in the case of the first embodiment of FIG. 1, not only the heat non-uniform operation between cells is suppressed and high output power characteristics are obtained, but each As shown in the following formula (5), the potential drop generated between the base and emitter of the transistor has an effect that thermal runaway can be suppressed as compared with the first embodiment.
ΔVbej = (− 1 / Vt) lnΔIb−n · ΔIb · R4 (5)
Here, R4 is the resistance value (Ω) of the resistance element 4, and n is the number of cells.
本例における好ましい抵抗素子は、WSi、WSiN、TaN、NiCrのいずれかで構成する。また、本例における好ましい抵抗素子は、バイポーラトランジスタのエミッタ層、ベース層、コレクタ層、サブコレクタ層のいずれかで構成したエピタキシャル抵抗層であり、好ましい抵抗素子は多結晶シリコン層である。 A preferable resistance element in this example is composed of any of WSi, WSiN, TaN, and NiCr. In addition, a preferable resistance element in this example is an epitaxial resistance layer constituted by any of an emitter layer, a base layer, a collector layer, and a subcollector layer of a bipolar transistor, and a preferable resistance element is a polycrystalline silicon layer.
ここで、抵抗素子4の抵抗値は、図12の回路と同一の熱暴走効果を得るためには、図12の回路における抵抗素子14a〜14cのそれぞれの抵抗値の1/3の値でよいために、集積回路としての占有面積は、図12の場合のそれに比較しても小さくすることが可能になり、更には、上述したように、熱暴走の抑制、セル間熱不均一の抑制及び高出力という効果を備えた高周波電力増幅器が得られることになる。
Here, in order to obtain the same thermal runaway effect as that of the circuit of FIG. 12, the resistance value of the resistance element 4 may be 1/3 of the resistance value of each of the
図4は本発明の第三の実施の形態による高周波電力増幅器の構成図であり、図1,3と同等部分は同一符号により示している。すなわち,3つのヘテロ接合バイポーラトランジスタ1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、容量素子2a、2b、2cが配置されている。さらに、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、ダイオード素子3a、3b、3cが、そのアノード端子を接続して配置されている。さらに、ダイオード素子3a、3b、3cのカソード端子を共通に接続し、その共通接続点に抵抗素子4が配置されている。さらに、当該共通接続点と接地点との間に、容量素子5が配置されている。RF信号が、容量素子2a、2b、2cを通して、各トランジスタのベース印加され、DC電圧が、抵抗素子4を通して、各トランジスタのベース印加されることは前述の実施の形態と同様である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a high-frequency power amplifier according to the third embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIGS. 1 and 3 are indicated by the same reference numerals. That is, the
このように高周波電力増幅器を構成することにより、デジタル変調信号を入力した際に生じた差周波電流(トランジスタの非直線性に起因するスプリアス成分の電流)が、抵抗素子4を通ることなく容量素子5を通して接地されるので、先の第二の実施の形態よりも、低歪の特性を得ることができる。すなわち、本例によれば、熱暴走の抑制、セル間熱不均一の抑制、高出力及び低歪特性という全ての効果を備えた高周波電力増幅器が得られることになる。なお、図1の回路構成に、図4や図5に示した容量素子5を付加して、低歪特性を得る構成とすることことも可能である。
By configuring the high-frequency power amplifier in this way, the difference frequency current (spurious component current resulting from the nonlinearity of the transistor) generated when the digital modulation signal is input does not pass through the resistance element 4. Since it is grounded through 5, it is possible to obtain a low distortion characteristic as compared with the second embodiment. That is, according to this example, a high frequency power amplifier having all the effects of suppressing thermal runaway, suppressing unevenness of heat between cells, high output, and low distortion characteristics can be obtained. It is also possible to obtain a low distortion characteristic by adding the
図5は本発明の第四の実施の形態による高周波電力増幅器の構成図であり、先の実施の形態と同等部分は同一符号にて示している。すなわち、3つのヘテロ接合バイポーラトランジスタ1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、容量素子2a、2b、2cが配置されている。さらに、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、抵抗素子6a、6b、6cが配置されている。さらに、抵抗素子6a、6b、6cを共通に接続し、その共通接続点に抵抗素子4が配置されている。さらに、当該共通接続点と接地点との間に容量素子5が配置されている。RF信号が、容量素子2a、2b、2cを通して、各トランジスタのベースに印加され、DC電圧が、抵抗素子4及び各抵抗
素子6a〜6cを通して、各トランジスタのベースに印加されている。
FIG. 5 is a configuration diagram of a high-frequency power amplifier according to the fourth embodiment of the present invention, and the same parts as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals. That is, the
このように高周波電力増幅器を構成することにより、デジタル変調信号を入力した際に生じた差周波電流を、容量素子5で接地することが可能になる。熱的安定性を得るために従来例と同様な電位降下を生じさせる抵抗は下式(6)から得られるが、差周波電流が通過する抵抗はR6(6a、6b、6c)のみとなるため、従来例よりも低歪な特性を得ることができる。
ΔVbej =−ΔIb ・R6 −n・ΔIb ・R4
=−ΔIb ・(R6 +n・R4 ) ……(6)
ここで、R6 は抵抗素子6a、6b、6cの各抵抗値(Ω)である。
By configuring the high frequency power amplifier in this way, the difference frequency current generated when the digital modulation signal is input can be grounded by the
ΔVbej = -ΔIb · R6 -n · ΔIb · R4
= -ΔIb · (R6 + n · R4) (6)
Here, R6 is each resistance value (Ω) of the
図6は本発明の第五の実施形態による高周波電力増幅器の構成図であり、先の実施の形態と同等部分は同一符号にて示している。すなわち、3つのヘテロ接合バイポーラトランジスタ1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、容量素子2a、2b、2cが配置されている。さらに、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、ダイオード素子3a、3b、3cが、そのアノード端子を接続して配置されている。さらに、それぞれのダイオード素子のアノード端子に、抵抗素子6a、6b、6cが配置されている。RF信号が、容量素子2a、2b、2cを通して、各トランジスタのベース印加され、DC電圧が、各抵抗素子6a〜6c及び各ダイオード素子3a〜3cを通して、各トランジスタのベース印加されている。
FIG. 6 is a configuration diagram of a high-frequency power amplifier according to the fifth embodiment of the present invention, and the same parts as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals. That is, the
このように高周波電力増幅器を構成することにより、セル間熱不均一動作を抑制し、高出力電力特性が得られるだけでなく、各々のトランジスタのベースエミッタ間に生じる電位降下は下式(7)で示すように、先の第一の実施の形態よりも熱暴走を抑制することが可能になるという効果がもたらされる。
ΔVbej =(−1/Vt )lnΔIb −nΔIb ・R6 ……(7)
また、ダイオード素子3a〜3cの抵抗成分があるために、抵抗素子6a〜6cの各抵抗値は、図12の抵抗素子14a〜14cの各抵抗値よりも小とすることができ、よって集積回路化の際の占有面積をより小とすることが可能になる。なお、図6の構成に図4や図5の容量素子5を付加して、低歪特性とすることができることは明白である。
By configuring the high-frequency power amplifier in this way, not only the thermal non-uniform operation between cells is suppressed and high output power characteristics are obtained, but also the potential drop generated between the base emitters of each transistor is expressed by the following equation (7). As will be shown, the thermal runaway can be suppressed more than in the first embodiment.
ΔVbej = (− 1 / Vt) lnΔIb−nΔIb · R6 (7)
Further, since there are resistance components of the
図7は本発明の第六の実施の形態による高周波電力増幅器の構成図であり、先の実施の形態と同等部分は同一符号により示している。すなわち、3つのヘテロ接合バイポーラトランジスタ1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、容量素子2a、2b、2cが配置されている。さらに、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、ダイオード素子3a、3b、3cが、そのアノード端子を接続して配置されている。さらに、ダイオード素子3a、3b、3cのカソード端子を共通に接続し、その共通接続点に抵抗素子4が配置されている。
FIG. 7 is a configuration diagram of a high-frequency power amplifier according to the sixth embodiment of the present invention, and the same parts as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals. That is, the
さらに、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、ダイオード素子7a、7b、7cが、そのアノード端子を接続して配置されており、ダイオード素子7a、7b、7cのカソード端子が接地されている。さらに、それぞれのバイポーラトランジスタに接続されたダイオード素子を熱的に接続する。例えば、すなわちバイポーラトランジスタ1aについて説明すると、当該トランジスタ1aと、ダイオード素子3aと、ダイオード素子7aとを、熱的に結合させる。
Further,
また、図8に示すように、それぞれのダイオード素子7a、7b、7cと接地との間に、抵抗素子8a、8b、8cを接続してもよい。そして、RF信号が、容量素子2a、2b、2cを通して、各トランジスタのベース印加され、DC電圧が、抵抗素子4及び各ダイオード素子3a〜3cを通して、各トランジスタのベースへ印加されている。
Further, as shown in FIG. 8,
このように、図7または図8に示した如く高周波電力増幅器を構成することにより、熱的安定性、高出力電力特性、低歪特性が得られる。これはバイポーラトランジスタとダイオード素子とが、熱的に結合していることによる。バイポーラトランジスタと、それぞれのダイオード素子が熱的に結合しているため、例えば、トランジスタ1aの接合温度が増加した際に、トランジスタ1a、ダイオード素子3a、ダイオード素子7aの各閾値が低下する。トランジスタ1aの閾値が低下することで、電流増加の正帰還がかかるが、ダイオード素子7aの閾値が低下するために、トランジスタ1aに対して負帰還がかかり、熱暴走が抑制されることになる。
Thus, by configuring the high-frequency power amplifier as shown in FIG. 7 or FIG. 8, thermal stability, high output power characteristics, and low distortion characteristics can be obtained. This is because the bipolar transistor and the diode element are thermally coupled. Since the bipolar transistor and each diode element are thermally coupled, for example, when the junction temperature of the
更に、ダイオード3aの閾値が低下するため、ダイオード3aのカソード・アノード間の端子電圧が低下するため、過度の電流抑制を生じることがなく、高出力特性並びに低歪特性を得ることが可能になる。図7や図8の構成を図1や図6の構成に適用することができることは明白である。
Furthermore, since the threshold voltage of the
上記各実施の形態においては、バイポーラトランジスタを3個並列接続した構成を示したが、これは単なる一例を開示するためのものであり、2以上の複数のトランジスタからなるトランジスタ増幅器に広く適用可能であることは明白である。また、非線形素子として、ダイオード素子を用いたが、ダイオード素子と同等の特性を有する素子を使用することができる。 In each of the above-described embodiments, a configuration in which three bipolar transistors are connected in parallel is shown. However, this is merely to disclose an example and can be widely applied to a transistor amplifier including two or more transistors. It is clear that there is. Moreover, although the diode element was used as a nonlinear element, the element which has a characteristic equivalent to a diode element can be used.
図9は本発明の第7の実施の形態による高周波電力増幅器の構成図であり、先の実施の形態と同等部分は同一符号にて示している。すなわち、3つのヘテロ接合バイポーラトランジスタ1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、容量素子2a、2b、2cが配置されている。さらに、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ1a、1b、1cのそれぞれのベース端子に、3端子型の非線形素子としてのヘテロ接合バイポーラトランジスタ15a、15b、15cが、そのエミッタ端子を接続して配置されている。RF信号が、容量素子2a、2b、2cを通して、各トランジスタ1a、1b、1cのベース印加される。そして、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ15a、15b、15cのベース端子にDC電圧が、また、このDC電圧とは異なるDC電圧(DC2)が、コレクタ端子に、それぞれ印加されている。なお、これ等DC電圧(DC及びDC2)を同一電圧としても良く、この場合には、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ15a、15b、15cは、図1に示したダイオードと等価になるので、図1の構成に等しくなることは明白である。
FIG. 9 is a configuration diagram of a high-frequency power amplifier according to the seventh embodiment of the present invention, and the same parts as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals. That is, the
かかる構成において、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ15a、15b、15cはのベース・エミッタ間電圧は式(4)と同等の特性を示すので、図1の実施の形態と同様の作用効果を奏することになる。なお、本実施の形態においても、図3、図4、図6〜図8の実施の形態を適用することができることは勿論である。
In such a configuration, the base-emitter voltages of the heterojunction
1a〜1c、9、15a〜15c バイポーラトランジスタ
2a〜2c、5、10 容量素子
3a〜3c、7a〜7b ダイオード素子
4、6a〜6c、8a〜8c、11 抵抗素子
1a to 1c, 9, 15a to
Claims (17)
前記バイポーラトランジスタの各々に対して設けられ、一端が対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、他端が入力端子に接続された複数の容量素子と、
前記バイポーラトランジスタの各々に対して設けられ、一端が対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、他端が直流端子に接続された複数の非線形素子と、
を含むことを特徴とするトランジスタ増幅器。 A plurality of bipolar transistors;
A plurality of capacitive elements provided for each of the bipolar transistors, one end connected to the base terminal of the corresponding bipolar transistor and the other end connected to the input terminal;
A plurality of nonlinear elements provided for each of the bipolar transistors, one end connected to a base terminal of the corresponding bipolar transistor and the other end connected to a DC terminal;
A transistor amplifier comprising:
前記バイポーラトランジスタの各々に対して設けられ、一端が対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、他端が入力端子に接続された複数の容量素子と、
前記バイポーラトランジスタの各々に対して設けられ、一端が対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続された複数の非線形素子と、
一端が前記非線形素子の各々の他端の共通接続点に接続され、他端が直流端子に接続された抵抗素子と、
を含むことを特徴とするトランジスタ増幅器。 A plurality of bipolar transistors;
A plurality of capacitive elements provided for each of the bipolar transistors, one end connected to the base terminal of the corresponding bipolar transistor and the other end connected to the input terminal;
A plurality of nonlinear elements provided for each of the bipolar transistors, one end of which is connected to the base terminal of the corresponding bipolar transistor;
A resistance element having one end connected to a common connection point at the other end of each of the nonlinear elements, and the other end connected to a DC terminal;
A transistor amplifier comprising:
前記バイポーラトランジスタの各々に対して設けられ、一端が対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、他端が入力端子に接続された複数の容量素子と、
前記バイポーラトランジスタの各々に対して設けられ、一端が対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続された複数の抵抗素子と、
一端が前記抵抗素子の各々の共通接続点に接続され、他端が直流端子に接続された抵抗素子と、
を含むことを特徴とするトランジスタ増幅器。 A plurality of bipolar transistors;
A plurality of capacitive elements provided for each of the bipolar transistors, one end connected to the base terminal of the corresponding bipolar transistor and the other end connected to the input terminal;
A plurality of resistance elements provided for each of the bipolar transistors, one end of which is connected to a base terminal of the corresponding bipolar transistor;
A resistance element having one end connected to a common connection point of each of the resistance elements and the other end connected to a DC terminal;
A transistor amplifier comprising:
前記複数のバイポーラトランジスタの各々に対して設けられ、一端が対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、他端が入力端子に接続された複数の容量素子と、
前記複数のバイポーラトランジスタの各々に対して設けられた複数の3端子型非線形素子とを含み、
前記複数の非線形素子の一端は対応するバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、他の2端子は複数の直流端子に接続されていることを特徴とするトランジスタ増幅器。 A plurality of bipolar transistors;
A plurality of capacitive elements provided for each of the plurality of bipolar transistors, one end connected to the base terminal of the corresponding bipolar transistor and the other end connected to the input terminal;
A plurality of three-terminal nonlinear elements provided for each of the plurality of bipolar transistors;
One end of the plurality of nonlinear elements is connected to a base terminal of a corresponding bipolar transistor, and the other two terminals are connected to a plurality of DC terminals.
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