JPH04278705A - 高周波電力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高周波電力増幅器に関し
、特に電界効果トランジスタを用い半導体集積回路化さ
れた高周波電力増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の高周波電力増幅器は、増
幅用の電界効果トランジスタにバイアス電圧を供給する
方式として、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す回路のような方
法があった。

【０００３】図２（Ａ）は、第一の例であり、電界効果
トランジスタＱ４のドレインに接続された負荷用の抵抗
Ｒ４と、ドレインゲート間に接続された帰還用の抵抗Ｒ
５と、ゲートに接続されたバイアス電圧供給用の抵抗Ｒ
６とを備え、ゲートに所定のバイアス電圧を供給する電
圧負帰還方式である。

【０００４】図２（Ｂ）は、第２の例であり、電界効果
トランジスタＱ４のゲート接地間に接続された抵抗Ｒ７
と、ソース接地間に接続された電流帰還用の抵抗Ｒ８と
を備えた自己バイス方式である。

【０００５】図２（Ｃ）は、第三の例であり、電界効果
トランジスタＱ４のゲートに接続されたバイアス電圧供
給用の抵抗Ｒ９を備え、ゲートに直接所定のバイアス電
圧を供給する固定バイアス方式である。

【０００６】負帰還バイアス方式は、温度変化に対して
比較的安定であるが、大電力増幅の場合負荷用の抵抗Ｒ
４に大電流が流れ、電源電圧の利用率が悪化し出力電力
の低下を来たす。また、この負荷用の抵抗Ｒ４は電界効
果トランジスタの負荷となるため電力損失が大きくなる
。

【０００７】自己バイアス方式の場合では、大電流の場
合ソース接地間の抵抗Ｒ８の抵抗値が非常に小さくなる
ため実現が困難であり、さらに、この抵抗Ｒ８による電
流帰還により利得が低下する。温度変化に対しては、比
較的安定である。

【０００８】固定バイアス方式では、利得が大きく電力
効率が高いが、電界効果トランジスタＱ４の最適ゲート
電圧は外部から供給されるが、抵抗Ｒ９が高抵抗値であ
る場合は、電界効果トランジスタＱ４のゲートドレイン
間のリーク電流によりバイアス電圧が変動する。このリ
ーク電流は温度の上昇にしたがって増加するのでバイア
ス電圧も増加し、このため、ドレイン電流が増加する。 この結果、温度が更に上昇し、リーク電流が増大し、ド
レイン電流が益々増大するという熱暴走を起すことがし
ばしばある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の高周波
電力増幅器は、負帰還バイアス方式か自己バイアス方式
あるいは固定バイアス方式のいずれかのバイアス供給方
式を採用しているが、前の二つの方式は、大電力増幅の
場合の利得および電力効率が低いという欠点があった。 また、後の固定バイアス方式は、温度変化に対し敏感で
あり遂には熱暴走を起すことがしばしばあるという欠点
があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波電力増幅
器は、半導体チップ上に形成し、ゲートに一端を接続し
たバイアス電圧の供給用の第一の抵抗を有する高周波電
力増幅用の第一の電界効果トランジスタと、前記半導体
チップ上に前記第一の電界効果トランジスタと同一プロ
セス条件で相似特性に形成し、ゲートに一端を接続した
バイアス電圧の供給用の第二の抵抗を有する第二の電界
効果トランジスタと、前記第二の抵抗の両端の電圧を検
出する検出回路と、前記バイアス電圧と前記検出回路の
出力電圧とを加算する加算回路とを備え、前記第一およ
び第二の抵抗の抵抗値の比がが前記第一および第二の電
界効果トランジスタのゲート幅の比と反比例するもので
ある。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１２】図１は本発明の高周波電力増幅器の一実施
例を示す回路図である。

【００１３】本実施例の高周波電力増幅器は、図１に示
すように、同一の半導体チップ上に形成した電力増幅部
１と、バイアス回路２と、電圧検出回路３と、加算回路
４とを備えて構成されている。

【００１４】電力増幅部１は、電界効果トランジスタＱ
１，Ｑ２の２段構成であり、それぞれののゲートにはバ
イアス電圧供給用の高抵抗値の抵抗Ｒ１およびＲ２が接
続されている。ここで、電界効果トランジスタＱ１，Ｑ
２のゲート幅をＷ１，Ｗ２とする。

【００１５】バイアス回路２は、電界効果トランジスタ
Ｑ１，Ｑ２と同一条件で相似の特性となるように形成さ
れた電界効果トランジスタＱ３と、そのゲートにバイア
ス電圧供給用の抵抗Ｒ３の一端が接続されている。抵抗
Ｒ３の他端には、外部からのバイアス電圧ＶＧが印加さ
れている。また、電界効果トランジスタＱ３のゲート幅
はＷ３とする。

【００１６】ここで、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値は、電界
効果トランジスタＱ１〜Ｑ３のゲート幅Ｗ１〜Ｗ３と次
式に示す関係を保持するよう設定する。

【００１７】 Ｒ１＝（Ｗ１／Ｗ３）Ｒ３ Ｒ２＝（Ｗ２／Ｗ３）Ｒ３ 電圧検出回路３は、バイアス回路２の抵抗Ｒ３の両端に
発生した電圧を検出し、電界効果トランジスタＱ３のゲ
ート電圧の変動に対し、反転した電圧を出力する。この
ような機能の回路は、たとえば、差動増幅器を用いて構
成できる。

【００１８】加算回路４は、バイアス電圧ＶＧと、電圧
検出回路３の出力電圧を加算し、出力電圧を電界効果ト
ランジスタＱ１，Ｑ２のゲートに一端がそれぞれ接続さ
れているバイアス電圧供給用の抵抗Ｒ１，Ｒ２の他の一
端に印加する。

【００１９】次に、本実施例の動作について説明する。

【００２０】前述のように、電力増幅器１とバイアス回
路２とは同一半導体チップ上に同一プロセス条件で形成
されており、また、電界効果トランジスタＱ１，Ｑ２と
電界効果トランジスタＱ３とは相似の特性となるように
形成されている。すなはち、電気的特性がゲート幅の比
率で相似であり、したがって、電界効果トランジスタＱ
１〜Ｑ３のゲートドレイン間のリーク電流は、ゲート幅
Ｗ１〜Ｗ３に正比例する。一方、電界効果トランジスタ
Ｑ１〜Ｑ３のそれぞれのゲートに接続されている抵抗Ｒ
１〜Ｒ３は、前述のように、ゲート幅に反比例する抵抗
値であるので、リーク電流に対するゲート電圧変動は、
同一の値を示す。したがって、バイアス回路２の電界効
果トランジスタＱ３のゲート電圧の変動、すなわち、抵
抗Ｒ３の両端に発生した電圧を電圧検出回路３により検
出し、これを反転して加算回路４により、バイアス電圧
ＶＧに加算することにより、電力増幅用の電界効果トラ
ンジスタＱ１，Ｑ２のゲート電圧を一定値に保持するこ
とができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高周波電
力増幅器は、半導体チップ上に同一プロセス条件で相似
特性となるように形成された電界効果トランジスタを用
いたバイアス回路を備え、バイアス回路のバイアス電圧
の変動分を電圧検出回路により検出反転し、この電圧を
加算回路により電力増幅用の電界効果トランジスタのバ
イアス電圧に加算することにより、温度変化等による変
動を補償して一定のバイアス電圧を供給することができ
るという効果がある。その結果、温度変化に対して安定
な動作を行なう大電力で高効率の高周波電力増幅器を実
現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波電力増幅器の一実施例を示す回
路図である。

【図２】従来の高周波電力増幅器のバイアス回路の一例
を示す回路図である。

【符号の説明】

１　　　　電力増幅部 ２　　　　バイアス回路 ３　　　　電圧検出回路 ４　　　　加算回路 Ｑ１〜Ｑ４　　　　電界効果トランジスタＲ１〜Ｒ９　
　　　抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体チップ上に形成し、ゲートに一
   端を接続したバイアス電圧の供給用の第一の抵抗を有す
   る高周波電力増幅用の第一の電界効果トランジスタと、
   前記半導体チップ上に前記第一の電界効果トランジスタ
   と同一プロセス条件で相似特性に形成し、ゲートに一端
   を接続したバイアス電圧の供給用の第二の抵抗を有する
   第二の電界効果トランジスタと、前記第二の抵抗の両端
   の電圧を検出する検出回路と、前記バイアス電圧と前記
   検出回路の出力電圧とを加算する加算回路とを備え、前
   記第一および第二の抵抗の抵抗値の比がが前記第一およ
   び第二の電界効果トランジスタのゲート幅の比と反比例
   することを特徴とする高周波電力増幅器。