JP4287190B2

JP4287190B2 - 高周波増幅回路

Info

Publication number: JP4287190B2
Application number: JP2003134939A
Authority: JP
Inventors: 孝雄森脇; 裕治山本; 公正前村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: US20040251967A1; JP2004343244A; US6946913B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、増幅用トランジスタと、この増幅用トランジスタのベースにバイアス電流を供給するバイアス回路であって、温度補償機能を有するもとを備えた高周波増幅回路に関する。。
【０００２】
【従来の技術】
携帯端末用の送信電力の高周波増幅回路として、バイポーラトランジスタが用いられ、そのベースにバイアスを供給するためのバイアス回路が接続される。そして、高周波増幅回路は温度に対する特性変化が小さいことが望まれるため、バイアス回路に温度補償機能を持たせている。
【０００３】
図４に、温度補償機能を持つバイアス回路を有する従来の高周波増幅回路を示す。従来の高周波増幅回路は、ＲＦ(Radio Frequency)信号を増幅する増幅用トランジスタ１と、そのベースにバイアスを供給するバイアス回路２を有する。
【０００４】
ここで、増幅用トランジスタ１は、コレクタが増幅用トランジスタコレクタ電源端子３に接続され、エミッタが接地されている。また、バイアス回路２は、外部からリファレンス電圧が入力されるリファレンス電圧入力端子４と、第１のトランジスタ５と、抵抗６及び７と、第１のトランジスタダイオード８と、第２のトランジスタダイオード９とを有している。
【０００５】
まず、第１のトランジスタ５は、コレクタがバイアス回路用電源端子１０に接続され、ベースが抵抗７を介してリファレンス電圧入力端子４に接続され、エミッタが増幅用トランジスタ１のベースに接続されている。
【０００６】
また、第１のトランジスタ５のエミッタと増幅用トランジスタ１のベースとの接続点と接地点との間に、抵抗６が設けられている。そして、第１のトランジスタダイオード８及び第２のトランジスタダイオード９は、互いに直列に接続され、第１のトランジスタ５のベースと抵抗７との接続点と接地点との間に設けられている。
【０００７】
第１のトランジスタ５及び抵抗６により、エミッタフォロワ回路が構成され、増幅用トランジスタ１に十分なベース電流を供給することができる。また、温度補償部である第１のトランジスタダイオード８及び第２のトランジスタダイオード９により、増幅用トランジスタ１のアイドル電流Ｉｃの温度特性を補償することができる。この補償できるレベルは、供給されるリファレンス電圧に大きく依存し、その電圧が高い程アイドル電流Iｃの温度変化を小さくすることが可能である。
【０００８】
なお、第１のトランジスタダイオード７及び第２のトランジスタダイオード８として、ベースエミッタ間順方向電圧が１．２Ｖ程度のAlGaAs HBT(hetero junction bipolar transistor)を用いると、第１のトランジスタ４のベース電圧Ｖ１は２．４Ｖ程度になる。また、一般的に、リファレンス電圧として３Ｖが使用される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
増幅用トランジスタ１のアイドル電流の温度変化を小さくするためには、第１のトランジスタ５のベース電圧Ｖ１の温度変化によらず、第１のトランジスタ５の電流を一定にする必要がある。そのためにはこのトランジスタのベースに流れる電流を一定にすることが重要であり、すなわち抵抗７に流れる電流を、Ｖ１の変化によらず一定にする必要がある。この場合、抵抗７に流れる電流はリファレンス電圧とＶ１の電位差に比例するため、リファレンス電圧を極力大きくする事（３V以上）が必要であった。これにより、携帯端末機において、低電圧化を妨げ、部品点数の増加、消費電流の増加等を引き起こすという問題があった。
【００１０】
また、従来の高周波増幅回路では、増幅用トランジスタ１からみたバイアス回路２のインピーダンス変化が、高周波増幅回路の高周波特性に大きな影響を与えるという問題があった。特に、高い線形性が要求されるＣＤＭＡ変調等に用いられる高周波増幅回路では、バイアス回路のインピーダンス変化は、リファレンス電圧の変化によるバイアス回路２の動作変化に対して、小さいことが求められている。そして、増幅用トランジスタ１のアイドル電流のバラツキを小さくするため、リファレンス電圧に±１％程度の精度が要求されるという問題もあった。
【００１１】
また、低周波のインピーダンスの影響により、高周波増幅回路の歪み特性或いは受信帯域雑音等の特性が劣化するという問題があった。
【００１２】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その第１の目的は、リファレンス電圧を高くしなくても増幅用トランジスタのアイドル電流の温度変化を補償でき、高周波信号の帰還等による不安定動作を避けることができる高周波増幅回路を得るものである。また、第２の目的は、バイアス回路の動作変化に対するインピーダンス変化を小さくし、リファレンス電圧のバラツキに対する増幅用トランジスタのアイドル電流のバラツキを小さくできる高周波増幅回路を得るものである。そして、第３の目的は、歪み特性或いは受信帯域雑音等の特性を改善することができる高周波増幅回路を得るものである。
【００１３】
【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、増幅用トランジスタと、この増幅用トランジスタのベースにバイアス電流を供給するバイアス回路を有する。そして、このバイアス回路は、外部からリファレンス電圧が入力されるリファレンス電圧入力端子と、コレクタが電源に接続され、ベースが前記リファレンス電圧入力端子に接続され、エミッタが前記増幅用トランジスタのベースに接続された第１のトランジスタと、コレクタが前記第１のトランジスタのエミッタ及び前記増幅用トランジスタのベースに接続され、エミッタが接地された第２のトランジスタと、コレクタが電源に接続され、ベースが前記リファレンス電圧入力端子に接続され、エミッタが前記第２のトランジスタのベースに接続された第３のトランジスタと、アノードが前記リファレンス電圧入力端子、前記第１のトランジスタのベース及び前記第３のトランジスタのベースに接続され、カソードが接地された温度補償用ダイオードと、一端が前記第３のトランジスタのエミッタ及び前記第２のトランジスタのベースに接続され、他端が接地された第１の抵抗とを有する。この発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における高周波増幅回路を示す回路図である。図４と同様の構成要素には、同じ番号を付し、詳しい説明は省略する。この実施の形態１の高周波増幅回路は、増幅用トランジスタ１と、この増幅用トランジスタ１のベースにバイアス電流を供給するバイアス回路２０とを有する。
【００１５】
このバイアス回路２０は、リファレンス電圧入力端子４と、第１のトランジスタ５と、抵抗７，２１，２２，２５及び２６と、第１のトランジスタダイオード８と、第２のトランジスタダイオード９と、第２のトランジスタ２３と、第３のトランジスタ２４とを有している。
【００１６】
ここで、第１のトランジスタ５は、コレクタがバイアス回路用電源端子１０に接続され、ベースが抵抗２１及び抵抗７を介してリファレンス電圧入力端子４に接続され、エミッタが増幅用トランジスタ１のベースに接続されている。これにより、第１のトランジスタ５は、増幅用トランジスタ１のベースにリファレンス電圧に応じたバイアス電流を供給する。
【００１７】
また、第２のトランジスタ２３は、第１のトランジスタ５と増幅用トランジスタ１のベースとの接続点にコレクタが接続され、エミッタが接地されている。そして、第１のトランジスタ５と増幅用トランジスタ１との接続点と第２のトランジスタ２３のコレクタとの間に、抵抗２２が設けられている。
【００１８】
また、第３のトランジスタ２４は、コレクタがバイアス回路用電源端子１０に接続され、ベースが抵抗２５及び抵抗７を介してリファレンス電圧入力端子４に接続され、エミッタが第２のトランジスタ２３のベースに接続されている。また、第３のトランジスタ２４のエミッタと接地点との間に、抵抗２５が設けられている。これにより、第３のトランジスタ２４は、第２のトランジスタ２３のベースにリファレンス電圧に応じたバイアス電流を供給する。
【００１９】
そして、温度補償部である第１のトランジスタダイオード８及び第２のトランジスタダイオード９は、リファレンス電圧入力端子４と第３のトランジスタ２４との接続点（抵抗７と抵抗２５との接続点）と接地点の間に設けられている。
【００２０】
上記のように、本実施の形態１の高周波増幅回路は、温度補償部である第１のトランジスタダイオード８及び第２のトランジスタダイオード９に加えて、温度補償用トランジスタである第２のトランジスタ２３を設けている。この第２のトランジスタ２３による温度補償機能を以下に説明する。
【００２１】
まず、低温の場合、第３のトランジスタ２４のコレクタ電流が減少し、抵抗２６に流れる電流も減少する。そのため、第２のトランジスタ２３のベース電圧が下がり、そのコレクタ電流は減少する方向に動作する。そして、第１のトランジスタ５のベースエミッタ間電圧が下がり、このバイアス回路２０の出力するバイアス電圧は、図４に示す従来のバイアス回路２と比較して高くなり、低温で高くなる増幅用トランジスタのしきい電圧を補償することができる。
【００２２】
一方、高温の場合、第２のトランジスタ２３のコレクタ電流は増加する方向に動作する。そして、第１のトランジスタ５のベース・エミッタ間電圧が上がり、このバイアス回路２０の出力するバイアス電圧は、図４に示す従来のバイアス回路２と比較して低くなり、高温で低くなる増幅用トランジスタのしきい電圧を補償することができる。
【００２３】
よって、本実施の形態１の高周波増幅回路は、リファレンス電圧を高くしなくても増幅用トランジスタ１のアイドル電流の温度変化を補償できる。
【００２４】
また、本実施の形態１の高周波増幅回路において、第２のトランジスタ２３のベースバイアスを与えるエミッタフォロア回路である第３のトランジスタ２４は、温度補償部とは別に構成されている。このため、温度保証用トランジスタである第２のトランジスタ２３の動作は、温度補償部に流れる電流に直接影響を受けず、高周波信号の帰還等による不安定動作を避けることができる。
【００２５】
また、本実施の形態１の高周波増幅回路は、第１のトランジスタ５と増幅用トランジスタ１のベースとの接続点と第２のトランジスタ２３のコレクタの間に、抵抗２２を設けている。この抵抗２２の抵抗値を十分大きくすることで、温度変化に伴って第２のトランジスタ２３の動作電流が変化しても、増幅用トランジスタ１から見たバイアス回路２０の抵抗２２側のインピーダンス変化を小さくすることができる。
【００２６】
そして、リファレンス電圧入力端子４に供給されるリファレンス電圧が変化した場合、第２のトランジスタ２３にリファレンス電圧に応じたコレクタ電流が流れ、第１のトランジスタ５のベースエミッタ間電圧が変化し、リファレンス電圧の変化を補償することで、バイアス回路２０の出力電圧の変化を小さく抑えることができる。これにより、リファレンス電圧のバラツキに対する増幅用トランジスタのアイドル電流のバラツキを小さくできる。又、リファレンス電圧が変化した場合にも、第２のトランジスタ２３のコレクタ電流が変化するが、抵抗２２を設けることにより、増幅用トランジスタ１から見たバイアス回路２０のインピーダンスの変化を小さくすることができる。
【００２７】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２における高周波増幅回路を示す回路図である。図１と同様の構成要素には、同じ番号を付し、詳しい説明は省略する。実施の形態２における高周波増幅回路は、増幅用トランジスタ１と、この増幅用トランジスタ１のベースにバイアス電流を供給するバイアス回路３０とを有する。
【００２８】
このバイアス回路３０は、実施の形態１におけるバイアス回路２０の構成要素に加えて、第１のトランジスタ５のコレクタとエミッタの間に設けられた第１の容量３１と、第１のトランジスタ５のコレクタと接地点との間に設けられた第２の容量３２とを更に有する。
【００２９】
この第１の容量３１及び第２の容量３２の容量値として適当な値を選択することで、増幅用トランジスタ１からみたバイアス回路３０のインピーダンスを所望の周波数に対してショートに見せることが可能となる。ここで、高周波増幅回路の歪み特性或いは受信帯域雑音等の特性は、低周波のインピーダンスの影響が大きい。そのため、低周波のインピーダンスをショートに見せるために、第１の容量３１及び第２の容量３２の容量値として、１０００ｐＦ程度の大きい容量を選択する。これにより、歪み特性或いは受信帯域雑音等の特性を改善することができる。
【００３０】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３における高周波増幅回路を示す回路図である。図１と同様の構成要素には、同じ番号を付し、詳しい説明は省略する。実施の形態３における高周波増幅回路は、増幅用トランジスタ１と、この増幅用トランジスタ１のベースにバイアス電流を供給するバイアス回路４０とを有する。
【００３１】
このバイアス回路４０は、実施の形態１におけるバイアス回路２０の構成要素のうち、第１のトランジスタダイオード８及び第２のトランジスタダイオード９に代えて、第４のトランジスタ４１と、抵抗４２と、第５のトランジスタ４３とを有する。
【００３２】
ここで、第４のトランジスタ４１は、コレクタがバイアス回路用電源端子１０に接続され、ベースが抵抗７を介してリファレンス電圧入力端子４に接続され、エミッタが抵抗４２を介して接地されている。また、第５のトランジスタ４３は、コレクタが抵抗７を介してリファレンス電圧入力端子４に接続され、ベースが第４のトランジスタ４１と抵抗４２の接続点に接続され、エミッタが接地されている。
【００３３】
このように、温度補償部を第４のトランジスタ４１及び第５のトランジスタ４３からなるカレントミラー回路で構成している。このため、実施の形態１のように温度補償部をトランジスタダイオードで構成したものに比べ、温度に対して補償できるレベルが大きくなり、温度特性は更に改善される。
【００３４】
なお、上記実施の形態１〜３では、増幅用トランジスタが一段の場合について説明したが、本発明は多段高周波増幅回路に対しても適用できる。また、増幅用トランジスタとバイアス回路を同一チップ上に構成しても、別チップ上に構成しても同様の効果を奏する。
【００３５】
【発明の効果】
本発明により、リファレンス電圧を高くしなくても増幅用トランジスタのアイドル電流の温度変化を補償でき、高周波信号の帰還等による不安定動作を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における高周波増幅回路を示す回路図である。
【図２】実施の形態２における高周波増幅回路を示す回路図である。
【図３】実施の形態３における高周波増幅回路を示す回路図である。
【図４】従来の高周波増幅回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１増幅用トランジスタ
４リファレンス電圧入力端子
５第１のトランジスタ
８第１のトランジスタダイオード（温度補償部）
９第２のトランジスタダイオード（温度補償部）
２０バイアス回路
２２抵抗
２３第２のトランジスタ
２４第３のトランジスタ
３０バイアス回路
３１第１の容量
３２第２の容量
４０バイアス回路
４１第４のトランジスタ（温度補償部）
４２抵抗（温度補償部）
４３第５のトランジスタ（温度補償部）

Claims

増幅用トランジスタと、
この増幅用トランジスタのベースにバイアス電流を供給するバイアス回路とを備え、
このバイアス回路は、
外部からリファレンス電圧が入力されるリファレンス電圧入力端子と、
コレクタが電源に接続され、ベースが前記リファレンス電圧入力端子に接続され、エミッタが前記増幅用トランジスタのベースに接続された第１のトランジスタと、
コレクタが前記第１のトランジスタのエミッタ及び前記増幅用トランジスタのベースに接続され、エミッタが接地された第２のトランジスタと、
コレクタが電源に接続され、ベースが前記リファレンス電圧入力端子に接続され、エミッタが前記第２のトランジスタのベースに接続された第３のトランジスタと、
アノードが前記リファレンス電圧入力端子、前記第１のトランジスタのベース及び前記第３のトランジスタのベースに接続され、カソードが接地された温度補償用ダイオードと、
一端が前記第３のトランジスタのエミッタ及び前記第２のトランジスタのベースに接続され、他端が接地された第１の抵抗とを有することを特徴とする高周波増幅回路。
一端が前記第１のトランジスタのエミッタ及び前記増幅用トランジスタのベースに接続され、他端が前記第２のトランジスタのコレクタに接続された第２の抵抗を更に有することを特徴とする請求項１記載の高周波増幅回路。
前記第１のトランジスタのコレクタとエミッタの間に設けられた第１の容量と、前記第１のトランジスタのコレクタと接地点との間に設けられた第２の容量とを更に有することを特徴とする請求項１記載の高周波増幅回路。