JPH0548344A - 電力増幅回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、無線通信機器等に使用される電力
増幅回路に関するものであり、直流電流増幅率、負荷イ
ンピ−ダンス等の変動に対して出力変動が小さい電流検
出形の自動電流制御回路を具備し、他の主要な回路部分
と電力増幅回路の組合せでの使用も、他の主要な回路部
分のみでの使用も可能な半導体集積回路を構成できる、
電力増幅回路を提供することを目的とする。 【構成】 他の主要な回路部分のグランドとは別に、サ
ブストレートと絶縁された接地端子３２を設け、電力増
幅用トランジスタ１のエミッタを直接接地端子３２へ接
続し、電流検出形の自動電流制御回路のグランドを接地
端子３２にとり、その制御電圧を電力増幅用トランジス
タ１のベースに加える。電力増幅回路を使用しない場合
には、接地端子３２をグランド３４に接続しないことに
より自動電流制御回路及び電力増幅回路での電流消費を
抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として無線通信機器
等に使用される半導体集積回路化された電力増幅回路に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路による増幅回路には、通
常差動増幅回路が用いられる。しかし出力電力が大き
く、かつ低消費電力が要求される場合には、エミッタ接
地形の増幅回路を採用する必要がある。以下、図３を参
照して従来の増幅回路について説明する。

【０００３】図３において、３００は半導体増幅用トラ
ンジスタ、３０１、３０２はベースバイアス抵抗、３０
３はエミッタ抵抗、３０４はエミッタ接地容量、３０５
はコレクタ抵抗、３０６は信号成分阻止用バイパス容
量、３０７は電源端子、３０８は接地部、３０９が入力
信号で、３１０が増幅出力信号である。

【０００４】以上のような構成における回路動作につい
ては説明するまでもない、周知のトランジスタの増幅作
用を得るための基本的な回路である。このような増幅回
路を特に半導体集積回路として構成する場合には、大き
な容量値が得られないため、エミッタ接地容量３０４に
よる接地の効果、バイパス容量３０６によるバイパス効
果、また抵抗３０５による信号成分の損失、半導体増幅
用トランジスタ３００の入出力の整合などが問題とな
る。また、エミッタを直接接地した場合には、エミッタ
の接地の効果は改善されるがトランジスタ３００の直流
増幅率のバラツキにより流れる電流が大きく変わること
になる。

【０００５】またもう１つの例として、電圧、温度等の
変動に対して安定した出力を得るために特に電力増幅回
路に用いられている従来の回路について以下に、図４を
参照して説明する。

【０００６】図４において、４０１は増幅用トランジス
タ、４０２は増幅用トランジスタ４０１へ信号を渡す前
段増幅器、４０３は前段増幅器４０２のコレクタ電流を
制御する検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタ、４０４
はダイオ−ド、４０５は検出電流制御用ＰＮＰ形トラン
ジスタ４０３のべ−スバイアスを設定する可変抵抗器、
４０６はダイオ−ド、４０７はツェナ−ダイオ−ド、４
０８は電流を制限する抵抗、４０９はダイオ−ド４０
４，４０６と、可変抵抗器４０５と、ツェナ−ダイオ−
ド４０７に流れる電流を設定する抵抗、４１０は電流検
出用抵抗、４１１、４１２はそれぞれ高周波信号成分を
阻止するインダクタ、および容量、４１３，４１４は結
合容量、４１５は増幅用トランジスタ４０１のベ−スバ
イアスを設定するベ−スバイアス端子、４１６は電源端
子である。

【０００７】以上のような構成において、以下その動作
について説明する。可変抵抗器４０５によって検出電流
制御用ＰＮＰ形トランジスタ４０３のベ−ス電圧を設定
している場合において、電源電圧の変動や温度の変化に
よって増幅用トランジスタ４０１のコレクタ電流が増
し、出力が増すと、電流検出用抵抗４１０による電圧降
下が大きくなり、電源端子４１６と検出電流制御用ＰＮ
Ｐ形トランジスタ４０３のベ−ス間の電圧が、ダイオ−
ド４０４と可変抵抗器４０５で決められている電圧と等
しくなるように成るため検出電流制御用ＰＮＰ形トラン
ジスタ４０３のエミッタ・ベ−ス間電圧が下がり、前段
増幅器４０２のコレクタ電圧が低下する。そのため、前
段増幅器４０２の出力が低下し、増幅用トランジスタ４
０１の入力電力が減少し、その出力が一定になる方向に
動作する。増幅用トランジスタ４０１のコレクタ電流が
減少した場合は、前記コレクタ電流が増加した場合と逆
の動作を行い、前段増幅器４０２の出力を増加させて、
出力一定の方向に動作する。このような電流検出形の自
動電流制御回路は高周波電力増幅回路に用いられ、前段
増幅器４０２の出力電力を制御する形式をとっていた。

【０００８】また回路構成として、従来は、電力増幅回
路は他の回路とは別の半導体集積回路として実現されて
いた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図３のような
従来の電力増幅回路の構成では、特に増幅用トランジス
タ３００のエミッタの接地が不十分となり、本来得られ
る出力電力や利得が得られず、またエミッタを直接接地
した場合には、特に半導体増幅用トランジスタ４０１の
直流電流増幅率のバラツキにより、また部品の素子値の
バラツキや温度特性により、半導体増幅用トランジスタ
の電流および出力変動が大きいという課題を有してお
り、大きな出力と低消費電力が得られる電力増幅回路が
半導体集積回路によって実現できないという課題を有し
ていた。また半導体集積回路に内蔵した電力増幅回路を
使用しない場合でも前記電流制御回路と前記電力増幅回
路での電流消費があるため、電力増幅回路を内蔵する場
合と、外部に別に設ける場合とで別々の半導体集積回路
を用いる必要があるという課題を有していた。

【００１０】本発明は上記課題を解決するもので、直流
電流増幅率、負荷インピ−ダンス等の変動に対して出力
変動が小さく、前段増幅段のコレクタではなく、電力増
幅段自身のベースを制御する電流検出形の自動電流制御
回路を具備した電力増幅回路を半導体集積回路により実
現し、さらには、半導体集積回路内の電力増幅回路を使
用しない場合には自動電流制御回路及び電力増幅回路で
の電流消費を抑え、他の主要な回路部分と電力増幅回路
の組合せでの使用も、他の主要な回路部分のみでの使用
も可能な半導体集積回路化された電力増幅回路を実現す
ることを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体集積回
路の他の主要な回路部分のグランドとは別に、サブスト
レートと絶縁された接地配線の端子を設け、電力増幅用
トランジスタのエミッタを前記の接地端子へ接続し、主
としてその直流増幅率の補正のため電流検出形の自動電
流制御回路を設け、そのグランドを前記の接地端子にと
り、その制御電圧を前段増幅器のコレクタではなく電力
増幅用トランジスタ自身のベースに加えることで、上記
目的を達成するものである。

【００１２】

【作用】本発明は上記構成により、電流検出用抵抗によ
り電力増幅用トランジスタのコレクタ電流の変動分を検
出して検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタのエミッタ
・ベ−ス間電圧を変化させて、そのコレクタ出力制御電
圧を電力増幅用トランジスタ自身のベ−スバイアス電圧
へ供給することにより、特に、トランジスタの直流電流
増幅率の変動に対して、あるいは負荷インピ−ダンス等
の変動に対して電力増幅用トランジスタに流れる電流を
一定として出力変動を小さくするという作用を有し、電
力増幅回路を使用しない場合には接地配線の端子をグラ
ンドに接続しないことにより自動電流制御回路の電源電
圧及び定電流源回路に電圧がかかっていても自動電流制
御回路と電力増幅回路での電流消費が無視できる程度し
か流れない回路構成としているので、そのままその半導
体集積回路の他の回路部分だけを用いることもできると
いう作用を有する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は本発明の一実施例における電力
増幅回路の回路図である。

【００１４】図１において、１は電力増幅用トランジス
タ、２は電流検出用抵抗、３は定電流源回路、４〜６は
それを構成するトランジスタ、７はその電流制限用抵
抗、８は定電流源回路３と電力増幅用トランジスタ１用
の接地配線、９〜１１は複数個のダイオード、１２は電
流制限用抵抗、１３、１４はダイオード、１５は飽和電
圧を利用するトランジスタ、１６はそのトランジスタの
ベース抵抗、１７、１８は電圧分圧用抵抗、１９は検出
電流制御用ＰＮＰトランジスタ、２０は直流電流増幅用
トランジスタ、２１はその出力の供給用抵抗、２２はハ
イインピーダンスで制御信号を供給する回路、２３〜２
５は整合回路で、２３はバイアス供給を兼ね、２４は信
号成分阻止を兼ね、２５はその他の整合をとる、２６は
増幅出力信号、２７は電力増幅用トランジスタ１の入力
信号、２８はＰＮＰトランジスタ１９のエミッタ出力端
子、３１は電力増幅用トランジスタ１のコレクタ出力用
端子、３２は接地配線８用の出力端子、３３は電源、３
４は定電流源回路３用電源、３５はグランド、３６は半
導体集積回路部分である。

【００１５】以上のような構成において、図１を用い
て、以下その動作を説明する。電源電圧が変動しても一
定の端子間電圧を得て基準電圧とするために通常はツェ
ナーダイオードが用いられるが、本実施例では半導体集
積回路で構成するため、複数個のダイオード９〜１１を
順方向に接続し、そこに流れる電流を定電流源回路３で
一定として基準電圧を作っている。ここで電源３３と検
出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタ１９のベースとの間
の電位差は電流検出用抵抗２での電圧降下と検出電流制
御用ＰＮＰ形トランジスタ１９のエミッタ・ベース間電
圧の和であり、それはダイオード１４の順方向電圧と飽
和トランジスタ１５の飽和電圧と分圧用抵抗１８での電
圧降下との和に等しい。なお飽和トランジスタ１５のベ
ース・バイアスは電源３３から抵抗１６によって供給
し、その飽和電圧と抵抗１７、１８での電圧降下の和は
ダイオード１３の順方向電圧と等しく、また抵抗１２で
基準電圧と並列に設けたこれらの回路に流れる電流を制
限している。

【００１６】電力増幅用トランジスタ１の直流電流増幅
率のバラツキ、電源電圧の変動、温度変化、あるいは負
荷インピーダンスの変動などによって電力増幅用トラン
ジスタ１のコレクタ電流が増加した場合、電流検出用抵
抗２での電圧降下が増加し、基準電圧がほぼ一定である
ため、その時には検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタ
１９のエミッタ・ベース間電圧が減少し、抵抗２１を通
じて供給される電力増幅用トランジスタ１のベース電圧
が低下し、そのコレクタ電流を減少させ一定にする方向
に動作し、電力増幅用トランジスタ１のコレクタ電流が
減少した場合は、増加した場合の逆の動作で電流を一定
にする方向に動作することになり半導体集積回路による
電流検出形の自動電流制御回路が構成できたことにな
る。

【００１７】ダイオード１４はＰＮＰ形トランジスタ１
９のエミッタ・ベース間の温度特性をほぼ打ち消すよう
に設けられており、また温度変化に対する飽和電圧の変
化が小さいことを利用して飽和トランジスタ１５を電流
検出ループの一部に用いている。電力増幅用トランジス
タ１の出力の整合は、バイアス供給を兼ねたインダクタ
２３と信号成分阻止の働きを持つ容量２４と整合回路２
５とによってとり、増幅出力信号を端子２６から得てい
る。

【００１８】接地配線８は接地端子３２でグランドに接
続され電力増幅用トランジスタ１と定電流回路３のグラ
ンドとして働き、その配線幅を太くすることで電力増幅
用トランジスタ１の電力特性は確保できる。

【００１９】以上本実施例によれば、電流検出ループの
一部にトランジスタ１５の飽和電圧を利用し、また基準
電圧用に複数個のダイオード９〜１１及び定電流回路３
を用いた、電流検出形の自動電流制御回路を設け、その
制御電圧を電力増幅用トランジスタ１のベースに加える
ことにより、特にトランジスタの直流電流増幅率の変動
に対して、また電源電圧、温度、あるいは負荷インピ−
ダンス等の変動に対して電力増幅用トランジスタ１に流
れる電流を一定として出力変動を小さくすることがで
き、接地配線８の幅を太くすることで電力特性は保た
れ、電力増幅回路を出力電力が大きくでき低消費電力化
ができるエミッタ接地形で半導体集積回路により構成で
きることになる。

【００２０】また図２は、電力増幅回路と自動電流制御
回路を使用しない場合の実施例の回路図である。この場
合には、端子２８〜３２は開放端子となり、接地配線８
はグランド３５に接続されない。

【００２１】電源３３の電圧が、定電流源回路３用の電
源３４の電圧より高い場合は、トランジスタ４がカット
オフし、逆に電源３２の電圧が低い場合は、トランジス
タ１５がカットオフし、ダイオード９〜１１、１３、１
４が逆バイアスされ、自動電流制御回路に流れる電流を
１０ｎＡ以下のオーダーに抑えることができる。また、
電力増幅回路には、電流は流れない。

【００２２】以上本実施例によれば、接地配線８をグラ
ンド３５に接続しないことにより、自動電流制御回路に
電源３３の電圧及び定電流源回路３に電源３４の電圧が
かかっていても電流消費を１０ｎＡ以下に抑えることが
できるため、また、電力増幅回路の他、緩衝増幅部、デ
ジタル回路部等、多くの回路を含む半導体集積回路の場
合、電力増幅回路の占有面積が大きくないことから、内
蔵した電力増幅回路を使用する場合はもちろん、使用し
ない場合にも同じ半導体集積回路を用いる際のロスは少
なく両方の場合とも使用可能である。

【００２３】なお本実施例では、トランジスタ２０を使
用したがＰＮＰ形トランジスタ１９の電流容量面積が確
保できれば、トランジスタ２０は必要ない。また抵抗２
１によりベース入力インピーダンスが十分高い場合は、
回路２２、および端子２９、３０は必要なく、直接抵抗
２１によりベースバイアスの供給ができる。またトラン
ジスタ１の入力信号２７は、集積回路以外に端子を設け
なくてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明は、電流検出形の自
動電流制御回路を設け、その制御電圧を電力増幅用トラ
ンジスタのベースに加えることにより、特にトランジス
タの直流電流増幅率の変動に対して、あるいは負荷イン
ピ−ダンス等の変動に対して電力増幅用トランジスタに
流れる電流を一定として出力変動を小さくすることがで
き、電力増幅回路を出力電力が大きくでき低消費電力化
ができるエミッタ接地形で半導体集積回路により構成で
きることになる。また、接地配線をグランドに接続しな
い場合には、無視できる程度の電流消費に抑えることが
でき、その占有面積が大きくないことから電力増幅回路
込みでの使用と、切り離しての使用の選択が可能な半導
体集積回路を実現でき、小形、低消費電力、低価格等に
対するその効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における電力増幅回路の
回路図

【図２】本発明の第２の実施例における電力増幅回路の
回路図

【図３】従来の半導体増幅回路の回路図

【図４】従来の自動電流制御回路の回路図

【符号の説明】

１ 電力増幅用トランジスタ ２ 電流検出用抵抗 ３ 専用接地配線 ８ ダイオード ９ ダイオード １０ ダイオード １４ 飽和電圧を利用するトランジスタ １３ ダイオード １６ 電圧分圧用抵抗 １７ 電圧分圧用抵抗 １８ 検出電流制御用ＰＮＰトランジスタ １９ 直流電流増幅用トランジスタ ３６ 定電流源回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力増幅用トランジスタのコレクタと電
   源の間に電流検出用抵抗を設け、検出電流制御用にＰＮ
   Ｐ形トランジスタのエミッタ・ベース間電圧を用い、前
   記検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタのコレクタから
   の出力制御電圧を前記電力増幅用トランジスタのベース
   へと接続した電流検出形の自動電流制御回路を具備し、
   半導体集積回路の前記自動電流制御回路と前記電力増幅
   用トランジスタ以外の主要な回路部分のグランドとは別
   に、サブストレートとは絶縁された前記電力増幅用トラ
   ンジスタと前記電流制御回路用の接地配線の端子を具備
   することを特徴とする電力増幅回路。
2. 【請求項２】 自動電流制御回路と電力増幅トランジス
   タ用の接地配線からの出力端子を設け、前記出力端子を
   主要な回路部分のグランドに接続しないで用いることを
   特徴とする請求項１記載の電力増幅回路。
3. 【請求項３】 検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタと
   電力増幅用トランジスタのベースとの間にＮＰＮ形トラ
   ンジスタを設け、前記検出電流制御用ＰＮＰ形トランジ
   スタのエミッタにＮＰＮ形トランジスタのコレクタが接
   続され、前記検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタのコ
   レクタに前記ＮＰＮ形トランジスタのベ−スが接続さ
   れ、前記電力増幅用トランジスタのベースに前記ＮＰＮ
   形トランジスタのエミッタからの出力が接続されたこと
   を特徴とする請求項１記載の電力増幅回路。