JP4027349B2 - 電力増幅器 - Google Patents

Description

この発明は、携帯電話等の高周波帯で使用される低歪みで発熱に対する動作安定度の高い電力増幅器に関する。

バイポーラトランジスタは、ＧａＡs ヘテロ接合バイポーラトランジスタを代表として、携帯電話等の電力増幅器に用いられている。

また、バイポーラトランジスタは、熱的な正帰還特性を有するデバイスであり、発熱によってベースおよびコレクタ電流が増大するので、熱的な安定動作のために、温度上昇によるコレクタ電流増大を抑制する回路が付加されるのが一般的である。

また、送信用電力増幅器にバイポーラトランジスタを使用する場合は、出力電力を大きくするために、複数のバイポーラトランジスタを並列に接続して所定の出力電力を得ることが一般的である。この場合、個別のトランジスタ間の温度の不均一性によって、特定のトランジスタに電流が集中してしまい、理想的な並列動作が得られなかったり、最悪の場合、素子破壊を招いたりする。このため、温度上昇によるコレクタ電流増大を抑制する回路の付加は必須である。

この温度上昇によるコレクタ電流増大を抑制する回路として、ベース端子とベースバイアス電源の間に抵抗を挿入した回路がある。この回路では、温度上昇によるベース電流増大が、上記抵抗での電圧降下によって抑制されるので、結果的にコレクタ電流の増大が抑制される。

この回路構成を複数のバイポーラトランジスタの並列動作に適用した従来例(米国特許(ＵＳ ５６０８３５３))を、図１１に示す。

この従来例は、ｎ個のバイポーラトランジスタＱ１０１〜Ｑ１０ｎの並列動作を行う回路であり、Ｑ１０１〜Ｑ１０ｎはエミッタ接地バイポーラトランジスタ、ＲＢ１０１〜ＲＢ１０ｎは、各トランジスタＱ１０１〜Ｑ１０ｎのベース端子とベース電源ＶＢの間に接続された抵抗である。また、Ｃ１０１〜Ｃ１０ｎは、各トランジスタＱ１０１〜Ｑ１０ｎのベース端子と信号入力端子ＲＦＩＮの間に接続されたキャパシタである。このキャパシタＣ１０１〜Ｃ１０ｎは、信号入力端子ＲＦＩＮとベース電源端子ＶＢを直流に対して分離しつつ、信号入力端子ＲＦＩＮから入力された高周波信号を各バイポーラトランジスタＱ１０１〜Ｑ１０ｎのベース端子に導く機能を有する。

また、この回路では、個別のバイポーラトランジスタＱ１０１〜Ｑ１０ｎの温度が不均一になり、各バイポーラトランジスタＱ１０１〜Ｑ１０ｎのベース電流の不均一な分布が生じた場合でも、抵抗ＲＢ１０１〜Ｒ１０ｎでの電圧降下が、ベース電流が低いトランジスタＱ１０ｋ(ｋ＝１〜ｎ)では小さく、ベース電流が高いトランジスタＱ１０ｋ(ｋ＝１〜ｎ)では大きくなる。この結果として、各バイポーラトランジスタＱ１０ｋ(ｋ＝１〜ｎ)のコレクタ電流が均一化され、熱的な安定動作が得られる。

しかしながら、近年のデジタル変復調方式を用いる通信装置用の電力増幅器に、上記従来例におけるバイポーラトランジスタ回路を使用する場合には、以下の課題がある。

すなわち、デジタル変調方式としては、ＱＰＳＫ(４元位相偏移変調)やＱＡＭ(４元振幅変調)等、信号の振幅と位相の両方に情報を乗せる方式が一般に用いられるため、信号波形の忠実な増幅が必要であり、電力増幅器には低歪み動作が要求される。したがって、このような電力増幅器では、入力信号の電流振幅(ベース電流振幅)の増大に比例した出力電流振幅(コレクタ電流振幅)を出力する必要がある。

ところが、上記従来例では、コレクタ電流振幅が大きくなるに従い、ベース電流の増大によって、抵抗ＲＢ１０１〜ＲＢ１０ｎでの電圧降下が大きくなるので、ベース電流振幅の増大とコレクタ電流振幅の増大が比例関係を維持できなくなる。これは、いわゆるゲインコンプレッションであり、増幅器に振幅歪みが生じてしまう。
米国特許第５６０８３５３号明細書

そこで、この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、熱的に安定動作しかつ低歪の電力増幅器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明の電力増幅器は、コレクタ端子が信号出力端子に接続されたエミッタ接地バイポーラトランジスタと、上記エミッタ接地バイポーラトランジスタのベース端子とベースバイアス電圧供給端子との間に接続された抵抗と、
上記エミッタ接地バイポーラトランジスタのベース端子と上記ベースバイアス電圧供給端子との間に上記抵抗に対して並列に接続され、直流成分に対して開放であると共に交流成分に対して導通であるインピーダンス回路部とを備え、
上記インピーダンス回路部は、
一方の端子が上記エミッタ接地バイポーラトランジスタのベース端子に接続され、他方の端子が信号入力端子に接続された第１のインピーダンス回路と、
一方の端子が上記信号入力端子に接続され、他方の端子が上記ベースバイアス電圧供給端子に接続された第２のインピーダンス回路とを有し、
上記第１のインピーダンス回路または上記第２のインピーダンス回路の少なくとも一方が直流成分に対して開放であると共に、上記第１のインピーダンス回路および第２のインピーダンス回路の両方が交流成分に対して導通であることを特徴としている。

この発明の電力増幅器では、上記抵抗に対して並列に接続され、直流成分に対して開放であると共に交流成分に対して導通であるインピーダンス回路部が、交流信号に関して上記抵抗をバイパスするバイパス経路を構成する。これにより、上記ベースバイアス電圧供給端子から上記抵抗に向かうベース電流の交流成分の一部が上記バイパス経路へ割り振られる。したがって、上記抵抗での電圧降下の増大が実効的に抑制され、上記ゲインコンプレッションを抑制することができ、電力増幅器の低歪み動作が可能となる。

また、上記インピーダンス回路部は、直流成分に対して開放であると共に交流成分に対して導通であるので、温度上昇によるベース電流増大を上記抵抗での電圧降下によって抑制できる。これにより、結果的に、コレクタ電流の増大が抑制され、熱的な安定動作と低歪み動作の両立が可能となる。

また、請求項１の発明では、バイポーラトランジスタのベース端子とベースバイアス電圧供給端子の間に接続された抵抗の両端には、第１および第２のインピーダンス回路を経由した高周波成分についてのバイパス経路ができる。したがって、上記ベースバイアス電圧供給端子から上記抵抗に向かうベース電流の交流成分の一部が上記バイパス経路へ割り振られる。したがって、上記抵抗での電圧降下の増大が実効的に抑制され、上記ゲインコンプレッションを抑制することができ、電力増幅器の低歪み動作が可能となる。

また、上記第１および第２のインピーダンス回路の少なくとも一方は、その両端インピーダンスが直流成分に対して開放であると共に交流成分に対して導通であるため、温度上昇によるベース電流増大を上記抵抗での電圧降下によって抑制できる。これにより、結果的に、コレクタ電流の増大が抑制され、熱的な安定動作と低歪み動作の両立が可能となる。

また、一実施形態は、上記エミッタ接地バイポーラトランジスタと上記抵抗と上記第１のインピーダンス回路とが構成する増幅部を複数個だけ備え、
上記複数個の増幅部の第１のインピーダンス回路または上記第２のインピーダンス回路の少なくとも一方が直流成分に対して開放であると共に上記第１のインピーダンス回路および第２のインピーダンス回路の両方が交流成分に対して導通である。

この一実施形態では、上記増幅部を複数個だけ備え、上記エミッタ接地バイポーラトランジスタを複数個だけ並列接続して電力増幅器を構成した。この場合においても、直流に対しては開放となる第１のインピーダンス回路または第２のインピーダンス回路の少なくとも一方でもって、交流信号に関して上記抵抗をバイパスするバイパス経路を構成する。

この構成により、上記ベースバイアス電圧供給端子と各バイポーラトランジスタのベース端子との間のベース電流の交流成分の一部が上記バイパス経路へ割り振られる。これにより、実効的に各抵抗での電圧降下の増大が抑制され、上記従来例で見られたゲインコンプレッションを抑制することができ、電力増幅器の低歪み動作が可能となる。

また、温度上昇によるベース電流増大は、各抵抗での電圧降下によって抑制されるので、結果的に、各バイポーラトランジスタのコレクタ電流の増大が抑制され、熱的に均一かつ安定な動作と低歪み動作の両立が可能となる。

また、一実施形態では、上記第１または第２インピーダンス回路のうちの少なくとも一方が、キャパシタを有し、このキャパシタによって、直流成分に対して開放であると共に交流成分に対して導通になっている。

この実施形態の電力増幅器では、上記第１または第２のインピーダンス回路の少なくとも一方は上記キャパシタでもって、直流成分に対して開放であると共に交流成分に対して導通な回路とすることができる。したがって、簡単な回路構成でもって第１または第２のインピーダンス回路の少なくとも一方を実現できる。

また、一実施形態では、上記第２のインピーダンス回路は、キャパシタを有し、このキャパシタによって、直流成分に対して開放であると共に交流成分に対して導通になっている。

この実施形態では、上記第２のインピーダンス回路は、上記キャパシタでもって、直流成分に対して開放であると共に交流成分に対して導通の回路とすることができる。したがって、簡単な回路構成でもって上記第２のインピーダンス回路を実現できる。

また、一実施形態では、ベース電圧供給手段を備え、上記ベース電圧供給端子と上記ベース電圧供給手段との間に可変インピーダンス回路が接続されている。

この実施形態では、上記可変インピーダンス回路は、入力される信号の振幅に依存して、インピーダンスが変化する。このような可変インピーダンス回路は、たとえば、可変インピーダンス素子としてのダイオードあるいはバイポーラトランジスタを含んでいる。この可変インピーダンス回路によれば、入力信号電力の増大に伴って、ベース電圧供給手段から供給される電流が増大したときに、ベース電圧供給手段とベース電圧供給端子との間のインピーダンスが低下し、可変インピーダンス回路での電圧降下が低減される。したがって、この実施形態は、歪みをさらに抑制できる電力増幅器となる。

一方、上記可変インピーダンス素子は温度に依存する特性を有するので、上記可変インピーダンス素子の付加は電力増幅器の熱的不安定動作を招く要因になるが、上記エミッタ接地バイポーラトランジスタのベース端子とベースバイアス電圧供給端子との間に接続された抵抗による熱的安定動作効果によって、上記熱的不安定動作を回避できる。

この発明の電力増幅器は、エミッタ接地バイポーラトランジスタのベース端子とベースバイアス電圧供給端子との間に接続された抵抗に対して並列に接続され、直流成分に対して開放であると共に交流成分に対して導通であるインピーダンス回路部が、交流信号に関して上記抵抗をバイパスするバイパス経路を構成する。これにより、ベースバイアス電圧供給端子から上記抵抗に向かうベース電流の交流成分の一部が上記バイパス経路へ割り振られる。したがって、上記抵抗での電圧降下の増大が実効的に抑制され、上記ゲインコンプレッションを抑制することができ、電力増幅器の低歪み動作が可能となる。

また、上記インピーダンス回路部は、直流成分に対して開放であると共に交流成分に対して導通であるので、温度上昇によるベース電流増大を上記抵抗での電圧降下によって抑制できる。これにより、結果的に、コレクタ電流の増大が抑制され、熱的な安定動作と低歪み動作の両立が可能となる。

以下に、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

(第１の実施の形態)
図１に、この発明の電力増幅器の第１の実施の形態を示す。この第１実施形態の電力増幅器は、ベース端子Ｂ,コレクタ端子Ｃoを有したエミッタ接地型バイポーラトランジスタＱ１と、ベースバイアス電圧供給端子ＶＢとベース端子Ｂの間に接続された抵抗ＲＢを備える。上記エミッタ接地型バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ端子Ｃoは信号出力端子ＲＦＯＵＴに接続されている。

また、この第１実施形態の電力増幅器は、２端子Ｐａ１,Ｐｂ１を有する第１のインピーダンス回路Ｚ１を備え、このインピーダンス回路Ｚ１は、その端子Ｐａ１が信号入力端子ＲＦＩＮに接続され、端子Ｐｂ１が上記ベース端子Ｂに接続されている。また、この第１実施形態は、第２のインピーダンス回路ＺＺを備え、この第２のインピーダンス回路ＺＺの端子Ｐａが上記信号入力端子ＲＦＩＮに接続され、端子Ｐｂが上記ベースバイアス電圧供給端子ＶＢに接続されている。

ここで、第１インピーダンス回路Ｚ１と第２インピーダンス回路ＺＺのうちの少なくとも一方は、その２端子間が直流成分に対して開放状態であるとともに交流成分に対して導通状態である。上記第１インピーダンス回路Ｚ１と第２インピーダンス回路ＺＺがインピーダンス回路部ＺＩ１をなす。

したがって、この第１実施形態では、直流に対してはベースバイアス電圧供給端子ＶＢとベース端子Ｂとの間にあるのは抵抗ＲＢのみである。したがって、温度上昇によるベース電流増大が上記抵抗ＲＢでの電圧降下によって抑制される。これにより、結果的に、エミッタ接地型バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ電流の増大を抑制できるので、トランジスタＱ１の周囲温度の変化あるいは自己発熱に対して安定な動作を確保できる。

一方、信号入力端子ＲＦＩＮから入力された高周波信号は、インピーダンス回路Ｚ１を経由して、ベース端子Ｂに導かれる。高周波的には、バイポーラトランジスタＱ１のベース端子Ｂとベースバイアス電圧供給端子ＶＢの間に接続された抵抗ＲＢの両端には、第１,第２インピーダンス回路Ｚ１,ＺＺを経由した高周波成分についてのバイパス経路ができる。したがって、上記ベースバイアス電圧供給端子ＶＢから上記抵抗ＲＢに向かうベース電流の交流成分の一部が上記バイパス経路へ割り振られてベース端子Ｂに向う。したがって、実効的に、上記抵抗ＲＢでの電圧降下の増大が抑制され、上述したゲインコンプレッションを抑制することができ、電力増幅器の低歪み動作が可能となる。

また、この第１実施形態では、第１,第２のインピーダンス回路Ｚ１,ＺＺによって、抵抗ＲＢに対する高周波成分についてのバイパス経路を形成しているので、このバイパス経路での信号の通過位相あるいは通過振幅を変えることによっても、ベース端子Ｂに注入される電流波形を調整できる。また、この第１実施形態では、上記バイパス経路を、２つのインピーダンス回路Ｚ１,ＺＺで構成しているので、上述のような、ベース端子Ｂへ注入される電流波形の調整の自由度が高い回路構成となる。

(第２の実施の形態)
次に、図２に、この発明の電力増幅器の第２の実施の形態を示す。この第２の実施形態は、前述の第１の実施形態に比べて、具体的かつ簡素な実施形態の一例であり、図１における第１のインピーダンス回路Ｚ１をキャパシタＣ１で構成し、第２のインピーダンス回路ＺＺをキャパシタＣａ１で構成したものである。

この第２実施形態によれば、直流に対して開放となるとともに交流に対して導通となる第１,第２のインピーダンス回路Ｚ１,ＺＺをキャパシタＣ１,Ｃａ１のような簡素な素子で回路構成でき、前述の第１実施形態と同様に、熱的な安定動作と低歪み動作の両立を実現できる。

(第３の実施の形態)
次に、図３に、この発明の第３の実施形態を示す。この第３実施形態は、前述の第２実施形態において、キャパシタＣａ１に直列に抵抗Ｒａ１を接続した直列回路を第２のインピーダンス回路としたものである。第１のインピーダンス回路は、第２実施形態と同様、キャパシタＣ１で構成した。

この第３実施形態によれば、この第２のインピーダンス回路を構成する抵抗Ｒａ１の抵抗値によって、抵抗ＲＢを流れるベース電流の交流成分を調整できる。したがって、この第３実施形態によれば、第２の実施形態に比べて、電力増幅器のゲインコンプレッションを高精度に抑制できる。

(第１の参考例)
次に、図４に、この発明の電力増幅器の第１の参考例を示す。この第１参考例は、ベース端子Ｂとコレクタ端子Ｃoを有するエミッタ接地型バイポーラトランジスタＱ１と、ベースバイアス電圧供給端子ＶＢとベース端子Ｂの間に接続された抵抗ＲＢとを有する。上記エミッタ接地型バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ端子Ｃoは信号出力端子ＲＦＯＵＴに接続されている。

また、この第１参考例は、信号入力端子ＲＦＩＮに端子Ｐａ１が接続され、ベース端子Ｂに端子Ｐｂ１が接続された第１のインピーダンス回路Ｚ１と、ベースバイアス電圧供給端子ＶＢに端子Ｐａが接続され、ベース端子Ｂに端子Ｐｂが接続された第２のインピーダンス回路ＺＺを有する。この第１,第２のインピーダンス回路Ｚ１,ＺＺがインピーダンス回路部ＺＩ２をなす。

この第１参考例では、第２のインピーダンス回路ＺＺは、その２端子Ｐａ,Ｐｂ間が直流に対して開放状態にあるとともに交流に対して導通となる。したがって、この第４実施形態では、直流に対してはベースバイアス電圧供給端子ＶＢとベース端子Ｂの間にあるのは抵抗ＲＢのみである。

したがって、この第１参考例では、温度上昇によるベース電流増大を、上記抵抗ＲＢでの電圧降下によって抑制できるので、結果的にコレクタ電流の増大を抑制できる。したがって、トランジスタＱ１の周囲温度の変化あるいは自己発熱に対する安定な動作を確保できる。

一方、信号入力端子ＲＦＩＮから入力された高周波信号は、インピーダンス回路Ｚ１を経由してベース端子Ｂに導かれる。この第１参考例では、高周波的には、バイポーラトランジスタＱ１のベース端子Ｂとベースバイアス電圧供給端子ＶＢの間に接続された抵抗ＲＢの両端には、第２インピーダンス回路ＺＺが構成する高周波成分についてのバイパス経路ができる。したがって、上記抵抗ＲＢに向かうベース電流の交流成分の一部が上記バイパス経路へ割り振られることになり、実効的に上記抵抗ＲＢでの電圧降下の増大が抑制され、上記従来例の課題であるゲインコンプレッションを抑制することができ、電力増幅器の低歪み動作が可能となる。

(第２の参考例)
次に、図５に、この発明における電力増幅器の第２の参考例を示す。この第２参考例は、第１の参考例のより具体的かつ簡素な一例である。すなわち、この第２参考例では、図４に示した第１インピーダンス回路Ｚ１をキャパシタＣ１とし、第２インピーダンス回路ＺＺをキャパシタＣａ１としたものである。

この第２参考例では、このようなキャパシタＣ１,キャパシタＣａ１からなる簡素な回路構成の第１インピーダンス回路Ｚ１,第２インピーダンス回路ＺＺによって、第１参考例と同様に、熱的な安定動作と低歪み動作とを両立できる。

なお、上記第１実施形態から第２参考例においては、１つのバイポーラトランジスタＱ１を備えたが、上記信号入力端子ＲＦＩＮと信号出力端子ＲＦＯＵＴとの間に並列接続された複数のエミッタ接地バイポーラトランジスタを備えてもよい。

(第４の実施形態)
次に、図６に、この発明の電力増幅器の第４の実施形態を示す。この第４実施形態は、エミッタ接地型のｎ個のバイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎを備える。エミッタ接地型バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎは、そのコレクタ端子Ｃo１〜Ｃoｎが信号出力端子ＲＦＯＵＴに接続され、エミッタが接地されている。

また、１番目のエミッタ接地型バイポーラトランジスタＱ１は、そのベース端子Ｂ１が第１のインピーダンス回路Ｚ１の端子Ｐｂ１および抵抗ＲＢ１に接続されている。また、上記インピーダンス回路Ｚ１の端子Ｐａ１は、信号入力端子ＲＦＩＮに接続され、抵抗ＲＢ１はベース端子Ｂ１とベースバイアス電圧供給端子ＶＢとの間に接続されている。

同様に、ｋ番目(ｋ＝２〜ｎ)のエミッタ接地型バイポーラトランジスタＱｋ(ｋ＝２〜ｎ)のベース端子Ｂｋは、ｋ番目の第１インピーダンス回路Ｚｋ(ｋ＝２〜ｎ)の端子Ｐｂｋ(ｋ＝２〜ｎ)およびｋ番目の抵抗ＲＢｋに接続されている。また、ｋ番目のインピーダンス回路Ｚｋ(ｋ＝２〜ｎ)の端子Ｐａｋ(ｋ＝２〜ｎ)は、信号入力端子ＲＦＩＮに接続され、ｋ番目の抵抗ＲＢｋ(ｋ＝２〜ｎ)はｋ番目のトランジスタＱｋ(ｋ＝２〜ｎ)のベース端子Ｂｋとベースバイアス電圧供給端子ＶＢとの間に接続されている。

また、１個の第２のインピーダンス回路ＺＺは、信号入力端子ＲＦＩＮとベースバイアス電圧供給端子ＶＢとの間に接続されている。

上記１番目のエミッタ接地型バイポーラトランジスタＱ１と第１のインピーダンス回路Ｚ１と抵抗ＲＢ１が１番目の増幅部Ｕ１を構成し、上記ｋ番目のエミッタ接地型バイポーラトランジスタＱｋと第１のインピーダンス回路Ｚｋと抵抗ＲＢｋがｋ番目の増幅部Ｕｋを構成している。したがって、この第６実施形態では、ｎ個のエミッタ接地型バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎとｎ個の抵抗ＲＢ１〜ＲＢｎとｎ個の第１インピーダンス回路Ｚ１〜Ｚｎからなるｎ個の増幅部Ｕ１〜Ｕｎを備え、このｎ個の増幅部Ｕ１〜Ｕｎは、信号出力端子ＲＦＯＵＴと信号入力端子ＲＦＩＮ,ベースバイアス電圧供給端子ＶＢとの間に並列に接続されている。

この第４実施形態では、ｎ個の第１インピーダンス回路(Ｚ１〜Ｚｎ)のすべてと、１個の第２インピーダンス回路ＺＺとのうちの少なくとも一方は、その２端子間が直流成分に対して開放状態にあるとともに交流成分に対して導通である。

したがって、この第４実施形態では、直流に対してはベースバイアス電圧供給端子ＶＢと各バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎのベース端子Ｂ１〜Ｂｎの間にあるのは抵抗ＲＢ１〜ｎのみである。

したがって、この第４実施形態では、温度上昇による各バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎのベース電流増大を上記抵抗ＲＢｋ(ｋ＝１〜ｎ)での電圧降下によって抑制できる。したがって、結果的に、各バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎのコレクタ電流の増大を抑制できる。したがって、各バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎの周囲温度の変化あるいは自己発熱に対して安定な動作を確保できる。

一方、信号入力端子ＲＦＩＮから入力された高周波信号は、第１インピーダンス回路Ｚ１〜Ｚｎによって、各バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎのベース端子Ｂ１〜Ｂｎに導かれる。

この第４実施形態では、高周波的には、各バイポーラトランジスタＱｋ(ｋ＝１〜ｎ)のベース端子Ｂｋ(ｋ＝１〜ｎ)とベースバイアス電圧供給端子ＶＢの間に接続された抵抗ＲＢｋ(ｋ＝１〜ｎ)の両端には、第２のインピーダンス回路ＺＺと第１のインピーダンス回路Ｚｋ(ｋ＝１〜ｎ)を経由した高周波成分についてのバイパス経路が形成される。したがって、上記抵抗ＲＢｋ(ｋ＝１〜ｎ)に向かうベース電流の交流成分の一部が上記バイパス経路へ割り振られる。このため、実効的に、上記抵抗ＲＢｋ(ｋ＝１〜ｎ)での電圧降下の増大が抑制され、上記従来例の課題であるゲインコンプレッションを抑制することができ、電力増幅器の低歪み動作が可能となる。

また、この第４実施形態では、１個の第２インピーダンス回路ＺＺおよびｎ個の第１インピーダンス回路Ｚｋ(ｋ＝１〜ｎ)によって、ｎ個の抵抗ＲＢｋ(ｋ＝１〜ｎ)についての高周波成分についてのバイパス経路を形成している。この場合、各バイパス経路での信号の通過位相あるいは通過振幅を変えることによっても、各バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎのベース端子Ｂ１〜Ｂｎに注入される電流波形を調整できる。この第４実施形態では、上記各バイパス経路において２つのインピーダンス回路ＺＺ,Ｚｋ(ｋ＝１〜ｎ)が介在しているので、この２つのインピーダンス回路ＺＺ,Ｚｋ(ｋ＝１〜ｎ)によって、各ベース端子Ｂ１〜Ｂｎへ注入される電流波形の調整の自由度を高くすることができる。

なお、携帯電話や無線ＬＡＮ(ローカルエリア・ネットワーク)等の通信装置に用いられる送信用電力増幅器では、所定の出力を得るために、この第４実施形態のごとく、複数のバイポーラトランジスタを並列に接続して増幅動作をするのが一般的である。したがって、この第４実施形態の電力増幅器によれば、これらの用途に使用する場合の好ましい実施形態となる。

(第５の実施の形態)
次に、図７に、この発明の電力増幅器の第５の実施の形態を示すものである。この第５実施形態は、前述の第４実施形態のより具体的かつ簡素な実施形態の一例である。この第５実施形態は、図６におけるｎ個のインピーダンス回路Ｚ１〜Ｚｎを、ｎ個のキャパシタＣ１〜Ｃｎで構成し、かつ、１つの第２インピーダンス回路ＺＺを１個のキャパシタＣａｘで構成したものである。

この第５実施形態の電力増幅器によれば、ｎ個のキャパシタＣ１〜Ｃｎ,１個のキャパシタＣａｘで第１,第２のインピーダンス回路を構成した簡素な回路構成でもって、前述の第４実施形態と同様、熱的な安定動作と低歪み動作とを両立できる。

(第６の実施の形態)
次に、図８に、この発明の電力増幅器の第６の実施形態を示す。この第６実施形態は、前述の第５実施形態におけるキャパシタＣａｘに換えて、このキャパシタＣａｘに抵抗Ｒａｘを直列に接続した直列回路を備え、この直列回路が第２のインピーダンス回路を構成している。

この第６実施形態では、１個の抵抗Ｒａｘの抵抗値によって、ｎ個の各抵抗ＲＢｋ(ｋ＝１〜ｎ)を流れるベース電流の交流成分を調整できる。したがって、この第６実施形態によれば、第５の実施形態に比べて、電力増幅器のゲインコンプレッションを高精度に抑制できる。

(第３の参考例)
次に、図９に、この発明の電力増幅器の第３の参考例を示す。この第３参考例は、ｎ個のエミッタ接地型のバイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎを備えている。このｎ個のエミッタ接地型バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎのコレクタ端子Ｃo１〜Ｃoｎは信号出力端子ＲＦＯＵＴに接続されている。

このｎ個のエミッタ接地型バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎのうちの１番目のエミッタ接地型バイポーラトランジスタＱ１のベース端子Ｂ１と信号入力端子ＲＦＩＮとの間には１番目の第１のインピーダンス回路Ｚ１が接続されている。また、上記ベース端子Ｂ１とベースバイアス電圧供給端子ＶＢとの間には、１番目の抵抗ＲＢ１と１番目の第２のインピーダンス回路Ｚｘ１とが並列に接続されている。

同様に、ｋ番目のエミッタ接地型バイポーラトランジスタＱｋ(ｋ＝２〜ｎ)のベース端子Ｂｋ(ｋ＝２〜ｎ)と信号入力端子ＲＦＩＮとの間には、ｋ番目の第１のインピーダンス回路Ｚｋ(ｋ＝２〜ｎ)が接続されている。また、上記ベース端子Ｂｋとベースバイアス電圧供給端子ＶＢとの間には、ｋ番目の抵抗ＲＢｋとｋ番目の第２のインピーダンス回路Ｚｘｋ(ｋ＝２〜ｎ)とが並列に接続されている。

上記１番目のエミッタ接地型バイポーラトランジスタＱ１と第１のインピーダンス回路Ｚ１と抵抗ＲＢ１と第２のインピーダンス回路Ｚｘ１が１番目の増幅部Ｖ１を構成し、上記ｋ番目のエミッタ接地型バイポーラトランジスタＱｋと第１のインピーダンス回路Ｚｋと抵抗ＲＢｋと第２のインピーダンス回路Ｚｘｋがｋ番目の増幅部Ｖｋを構成している。したがって、この第３参考例では、ｎ個のエミッタ接地型バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎとｎ個の抵抗ＲＢ１〜ＲＢｎとｎ個の第１インピーダンス回路Ｚ１〜Ｚｎとｎ個の第２インピーダンス回路Ｚｘ１〜Ｚｘｎからなるｎ個の増幅部Ｖ１〜Ｖｎを備え、このｎ個の増幅部Ｖ１〜Ｖｎは、信号出力端子ＲＦＯＵＴと信号入力端子ＲＦＩＮ,ベースバイアス電圧供給端子ＶＢとの間に並列に接続されている。

この第３参考例では、上記ｎ個の第２のインピーダンス回路Ｚｘｋ(ｋ＝１〜ｎ)は、その２端子Ｐｘａｋ,Ｐｘｂｋ(ｋ＝１〜ｎ)間が直流成分に対して開放状態にあると共に交流成分に対して導通である。

したがって、この第３参考例では、直流に対しては、ベースバイアス電圧供給端子ＶＢと各バイポーラトランジスタＱｋ(ｋ＝１〜ｎ)のベース端子Ｂｋ(ｋ＝１〜ｎ)の間にあるのは抵抗ＲＢｋ(ｋ＝１〜ｎ)のみである。したがって、この第９実施形態では、温度上昇によるベース電流増大が、上記抵抗ＲＢｋ(ｋ＝１〜ｎ)での電圧降下によって抑制される。したがって、結果的に、各バイポーラトランジスタＱｋ(ｋ＝１〜ｎ)のコレクタ電流の増大を抑制できるから、トランジスタＱ１〜Ｑｎの周囲温度の変化あるいは自己発熱に対して安定な動作を確保できる。

一方、信号入力端子ＲＦＩＮから入力された高周波信号は、ｎ個の第１のインピーダンス回路Ｚ１〜Ｚｎによって、各バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎのベース端子Ｂ１〜Ｂｎに導かれる。

また、この参考例では、高周波的には、各バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑｎのベース端子Ｂ１〜Ｂｎとベースバイアス電圧供給端子ＶＢの間に接続された抵抗ＲＢ１〜ＲＢｎの両端には、第２のインピーダンス回路Ｚｘ１〜Ｚｘｎを経由した高周波成分についてのバイパス経路ができる。したがって、上記抵抗ＲＢ１〜ＲＢｎに向かって流れるベース電流の交流成分の一部が上記バイパス経路へ割り振られるので、上記抵抗ＲＢ１〜ＲＢｎでの電圧降下の増大を実効的に抑制でき、ゲインコンプレッションを抑制でき、電力増幅器の低歪み動作が可能となる。

携帯電話や無線ＬＡＮ等の通信装置に用いられる送信用電力増幅器では、所定の出力を得るために複数のバイポーラトランジスタを並列に接続して増幅動作をするのが一般的である。したがって、この第３参考例における電力増幅器はこれらの用途に使用する場合の好ましい実施形態となる。

(第４の参考例)
次に、図１０に、この発明の電力増幅器の第４の参考例を示す。この第４参考例は、前述の第３参考例のより具体的かつ簡素な一例である。すなわち、この第４参考例は、図９における第２のインピーダンス回路Ｚｘ１〜ＺｘｎをキャパシタＣｘ１〜Ｃｘｎで構成し、第１のインピーダンス回路Ｚ１〜ＺｎをキャパシタＣ１〜Ｃｎで構成している。
この第４参考例によれば、このような簡素な回路構成でもって、熱的な安定動作と低歪み動作の両立を実現できる。

（第７の実施の形態）
次に、図１２に、この発明の第７の実施の形態を示す。この第７実施形態の電力増幅器は、上述の図１に示される第１実施形態の電力増幅器Ａｍｐ１のベースバイアス電圧供給端子ＶＢとベース電圧供給手段であるベース電圧供給回路１２１との間に、可変インピーダンス回路１２２が接続されている。

上記可変インピーダンス回路１２２のインピーダンスは、この可変インピーダンス回路１２２を流れる電流値に依存する。つまり、この可変インピーダンス回路１２２の存在により、入力信号電力の増大に伴って上記ベース電圧供給回路１２１から供給される電流が増大したときに、ベースバイアス電圧供給端子ＶＢとベース電圧供給回路１２１との間のインピーダンスが低下する。したがって、上記増幅用バイポーラトランジスタＱ１のベースＢへの入力信号の信号電力が増大したときに、上記可変インピーダンス回路１２２での電圧降下が低減されることになるので、電力増幅器としての歪みを一層抑制することができる。

また、上記可変インピーダンス回路１２２は、例えば、可変インピーダンス素子としてのダイオード、バイポーラトランジスタのベース−エミッタ接合、あるいはベース−コレクタ接合などにより実現される。これらの可変インピーダンス素子は、温度に依存する特性を有するため、増幅用バイポーラトランジスタＱ１のベース−エミッタ接合の温度特性に上記可変インピーダンス素子が持つ温度特性が重畳される。従来では、このことに起因して、温度上昇によるベース電流の増大がより顕著になり、電力増幅器の熱的不安定動作を招く要因になっていた。これに対して、この第１１実施形態では、増幅器Ａｍｐ１を構成する図１の抵抗ＲＢによる電圧降下によって、温度上昇によるベース電流の増大を抑制でき、かつ、この抵抗ＲＢを付加しても電力増幅器の低歪み動作を実現できる。

(第８の実施の形態)
次に、図１３に、第８の実施形態を示す。この第８実施形態は、図１２に示した第７の実施の形態における可変インピーダンス回路１２２をより具体的な回路構成の可変インピーダンス回路１３２とした。

この第８実施形態の構成例では、可変インピーダンス素子をダイオードＤｘとした。このダイオードＤｘは、ベース電圧供給手段であるベース電圧供給回路１２１とベースバイアス電圧供給端子ＶＢとの間に、ベースバイアス電圧供給端子ＶＢに向かって順方向に接続されている。このダイオードＤｘとベース電圧供給回路１２１との間に抵抗Ｒｘ１が接続され、このダイオードＤｘと抵抗Ｒｘ１との接続点Ｐｘとグランドとの間に、抵抗Ｒｘ２とキャパシタＣｘとが直列に接続されている。

この抵抗Ｒｘ１,Ｒｘ２、およびキャパシタＣｘは、バイアス調整および可変インピーダンス量の調整のためのものであり、各素子(抵抗Ｒｘ１,Ｒｘ２およびキャパシタＣｘ)の抵抗値,容量値は適宜設定される。

(第９の実施の形態)
次に、図１４に、第９の実施形態を示す。この第９の実施形態は、図１２に示した第７の実施の形態における可変インピーダンス回路１２２をより具体的な回路構成の可変インピーダンス回路１４２とした。

この第９実施形態の構成においては、可変インピーダンス素子はバイポーラトランジスタＱｘのベース−エミッタ接合により構成される。このバイポーラトランジスタＱｘは、エミッタがベースバイアス電圧供給端子ＶＢに接続され、コレクタが抵抗Ｒｘ１を介して、ベース電圧供給手段であるベース電圧供給回路１２１に接続されている。また、このバイポーラトランジスタＱｘのベースは、上記コレクタに接続されている。

上記コレクタと抵抗Ｒｘ１との接続点Ｐｘ１は、上記コレクタとベースとの接続点Ｐｘ２に接続され、この接続点Ｐｘ２とグランドとの間には、抵抗Ｒｘ２とキャパシタＣｘが直列に接続されている。

この抵抗Ｒｘ１,Ｒｘ２、およびキャパシタＣｘは、バイアス調整および可変インピーダンス量の調整のためのものであり、各素子(Ｒｘ１,Ｒｘ２およびＣｘ)の抵抗値,容量値は適宜設定される。

(第１０の実施の形態)
次に、図１５に、第１０の実施の形態を示す。この第１０実施形態は、図１２の第７実施形態のベース電圧供給回路１２１に替えて、第１のベース電圧供給回路１５１と第２のベース電圧供給回路１５２を備える。また、この第１０実施形態では、図１２の可変インピーダンス回路１２２に替えて、可変インピーダンス回路１５３を備える。

この第１０実施形態では、可変インピーダンス素子をバイポーラトランジスタＱｘとした。このバイポーラトランジスタＱｘは、エミッタがベースバイアス電圧供給端子ＶＢに接続され、コレクタが第２のベース電圧供給回路１５２に接続されている。また、このバイポーラトランジスタＱｘのベースは、抵抗Ｒｘ１１を経由して、第１のベース電圧供給回路１５１に接続されている。また、上記ベースと抵抗Ｒｘ１１との接続点Ｐｘ１１とグランドとの間には、抵抗Ｒｘ２２とキャパシタＣｘｘとが直列に接続されている。

図１５に示す構成例においては、可変インピーダンス素子はバイポーラトランジスタＱｘのベース−エミッタ接合により構成されるが、バイポーラトランジスタＱｘのベースが第１ベース電圧供給回路１５１に接続され、コレクタが第２ベース電圧供給回路１５２に接続されている点が、図１４の構成例と異なる。この第１０実施形態では、ベースバイアス電圧供給端子ＶＢへ供給する電流は、バイポーラトランジスタＱｘ１のコレクタに直結された第２ベース電圧供給回路１５２から供給できる。したがって、電力増幅器Ａｍｐ１の図１に示す電力増幅用トランジスタＱ１へのベース電流供給能力が高く、高出力時のゲインコンプレッションを抑制できる。

なお、図１２〜図１５に示した第７〜第１０の実施形態では、電力増幅器Ａｍｐ１として、図１に示した第１実施形態を備えたが、この電力増幅器Ａｍｐ１を、図２、図３、図６、図７、図８に示した第２〜第６実施形態のうちのいずれか１つの電力増幅器としてもよい。

この発明の電力増幅器の第１の実施形態を示す回路図である。 この発明の電力増幅器の第２の実施形態を示す回路図である。 この発明の電力増幅器の第３の実施形態を示す回路図である。 この発明の電力増幅器の第１の参考例を示す回路図である。 この発明の電力増幅器の第２の参考例を示す回路図である。 この発明の電力増幅器の第４の実施形態を示す回路図である。 この発明の電力増幅器の第５の実施形態を示す回路図である。 この発明の電力増幅器の第６の実施形態を示す回路図である。 この発明の電力増幅器の第３の参考例を示す回路図である。 この発明の電力増幅器の第４の参考例を示す回路図である。 従来の電力増幅器を示す回路図である。 この発明の電力増幅器の第７の実施形態を示す回路図である。 この発明の電力増幅器の第８の実施形態を示す回路図である。 この発明の電力増幅器の第９の実施形態を示す回路図である。 この発明の電力増幅器の第１０の実施形態を示す回路図である。

符号の説明

Ｑ１〜Ｑｎ…エミッタ接地型バイポーラトランジスタ、
Ｑｘ…バイポーラトランジスタ、
Ｄｘ…ダイオード、
Ｚ１〜Ｚｎ…第１のインピーダンス回路、
ＺＺ,Ｚｘ１〜Ｚｘｎ…第２のインピーダンス回路、
ＲＦＩＮ…信号入力端子、ＲＦＯＵＴ…信号出力端子、
ＶＢ…ベースバイアス電圧供給端子、
Ｂ,Ｂ１〜Ｂｎ…ベース端子、Ｃo,Ｃo１〜Ｃoｎ…コレクタ端子、
ＲＢ,ＲＢ１〜ＲＢｎ,Ｒｘ１,Ｒｘ11,Ｒｘ２,Ｒｘ22…抵抗、
Ｃ１〜Ｃｎ,Ｃａ１,Ｃａｘ,Ｃｘ１〜Ｃｘｎ,Ｃｘ,Ｃxx…キャパシタ、
１２１,１５１,１５２…ベース電圧供給回路、
１２２,１３２,１４２,１５３…可変インピーダンス回路。

Claims (3)

1. コレクタ端子が信号出力端子に接続されたエミッタ接地バイポーラトランジスタと、上記エミッタ接地バイポーラトランジスタのベース端子とベースバイアス電圧供給端子との間に接続された抵抗と、
   上記エミッタ接地バイポーラトランジスタのベース端子と上記ベースバイアス電圧供給端子との間に上記抵抗に対して並列に接続され、直流成分に対して開放であると共に交流成分に対して導通であるインピーダンス回路部とを備え、
   上記インピーダンス回路部は、
   一方の端子が上記エミッタ接地バイポーラトランジスタのベース端子に接続され、他方の端子が信号入力端子に接続された第１のインピーダンス回路と、
   一方の端子が上記信号入力端子に接続され、他方の端子が上記ベースバイアス電圧供給端子に接続された第２のインピーダンス回路とを有し、
   上記第１のインピーダンス回路または上記第２のインピーダンス回路の少なくとも一方が直流成分に対して開放であると共に、上記第１のインピーダンス回路および第２のインピーダンス回路の両方が交流成分に対して導通であることを特徴とする電力増幅器。
2. 請求項１に記載の電力増幅器において、
   上記エミッタ接地バイポーラトランジスタと上記抵抗と上記第１のインピーダンス回路とが構成する増幅部を複数個だけ備え、
   上記複数個の増幅部の第１のインピーダンス回路または上記第２のインピーダンス回路の少なくとも一方が直流成分に対して開放であると共に上記第１のインピーダンス回路および第２のインピーダンス回路の両方が交流成分に対して導通であることを特徴とする電力増幅器。
3. 請求項１または２に記載の電力増幅器において、
   上記第１または第２インピーダンス回路のうちの少なくとも一方が、キャパシタを有し、このキャパシタによって、直流成分に対して開放であると共に交流成分に対して導通になっていることを特徴とする電力増幅器。

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