TW200950314A - Power amplifier - Google Patents

Description

200950314 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電力放大器，例如用於無線通信裝置等之 高頻電力放大器。 【先前技術】 . 歷來，作為用以放大信號等之放大器，係使用一種利用 、雙極電晶體之電力放大器。其中，尤其如使用〇FDM(直交 ❿ 頻分多工）調變波等之系統般地需要線形放大的系統中， 為了不因電力放大器而使得調變波信號變形係在充分小 於其電力放大器之最大輸出之輸出的線形放大區域加以使 用等，以此方式進行關於線形化的電路設計。 此處，上述線形放大係表示即使輸入信號電力變動時， 輸出信號電力亦以一定之比率被放大輸出且相位不變。根 據通信系統，亦有放大增益的微小〇2〜〇 3犯之變化成為 問題的情形。 Φ 作為上述線形放大的另—面，例如有因發熱而比較緩慢 地溫度上升所引起的放大比率、或相位之數+ μ秒〜數百^ 秒左右的變動成為問題之情形。作為補正此種因電力放大 _自身之發熱而造成影響的電路，美國專利第奶他號 說明書(參考圖1)，係揭示有如下之電路，即，藉由與放大 電晶體熱結合之溫度檢測元件（ΡΙΝ二極體）來檢測放大電 晶體的發熱，並使其反映於放大電晶體之偏壓電壓。 然而，使用上述說明之溫度檢測元件的方法中，為將溫 度檢測元件熱結合於放大電晶體，必須將溫度檢測元件與 138097.doc 200950314 放大電晶體罪近配置。當然，欲補正發熱之影響的放大電 路係將比較大之電力放大的電路。此時，藉由使溫度檢測 几件與放大電晶體靠近，有可能使放大信號洩漏至溫度檢 測元件而引起未預期的異常動作。例如上述之例中，當放 大仏號之一部分洩漏至PIN二極體時，有可能會有因ριΝ二 極體之整流作用而使偏壓條件改變之情形。抑或，由於使 放大信號通過之線路與通往溫度檢測元件之線路靠近，亦 有可旎於兩線路之間產生洩漏而發生同樣的異常動作。 [專利文獻1]美國專利第4924194號明細書（Figl) 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 因此，本發明之課題在於提供一種無需使用溫度檢測元 件即可抑制上升時之發熱所致之放大信號變形增加的電力 放大器。 [解決問題之技術手段] 為解決上述問題，本發明之電力放大器具備： 放大部，其具有進行電力放大之第1電晶體； 偏壓電源部，其具有對於上述第1電晶體供給偏壓之第2 電晶體；及 加速電路，於上述電力放大開始時，使上述偏壓電源部 供給於上述第1電晶體之偏壓過渡地增加。 根據本發明之電力放大器，上述加速電路於以上述放大 4之第1電晶體開始進行電力放大時，係藉由使上述偏壓 電源°卩供給於上述第1電晶體之偏壓過渡（暫時）地增加，以 138097.doc 200950314 於上述電力放大開始時過渡地提南上述第1電晶體的電力 放大率。藉此’進行電力放大之第1電晶體（放大電晶體）之 發熱所造成的溫度變動迄至電路整體呈平衡狀態的時間縮 短’且放大信號（如調變波信號）之變形減少。 . 又，一實施形態之電力放大器中，上述第2電晶體，其 係射極經由電阻元件而連接於上述第1電晶體之基極，且 ' 上述偏壓電源部具有： _ 第3電晶體，其係集極連接於上述第2電晶體之基極且射 極接地； 第4電晶體，其係基極連接於上述第3電晶體之集極，且 射極連接於上述第3電晶體之基極；及 電阻元件，其係連接於上述第4電晶體之射極與接地之 間；並且 上述第2、第3、第4電晶體之集極係連接於控制上述電 力放大之開關的控制電壓源；再者 # 上述加速電路係藉由連接於上述第3電晶體之基極與上 述第4電晶體之射極的連接點與上述控制電壓源之間，且 於上述控制電壓源之控制電壓上升時，過渡地降低上述第 3電晶體之基極電壓而使流過上述第2電晶體之基極的電流 ’增加，以使流過上述第1電晶體之基極的電流增加，提高 上述第1電晶體之電力放大率。 根據本實施形態之電力放大器，上述加速電路於上述控 制電壓源之控制電壓上升時，係過渡地降低上述第3電晶 體之基極電壓而使流過上述第2電晶體之基極的電流增 138097.doc 200950314 加。藉此，於上述上升時，使流過上述^電晶體之基極 之電流過渡地增加，而提高上述第丨電晶體之電力放大 率。藉此，縮短作為放大電晶體之第丨電晶體之發熱所造 成的溫度變動迄至電路整體呈平衡狀態的時間，減少放大 信號（如調變波信號）之變形。 即，電晶體之發熱，就消耗電流大的信號放大用電晶體 (第1電晶體）係增大，而偏壓供給用電晶體（第2電晶體）則 減小。且，迄至溫度達到平衡狀態之階段，信號放大用電 晶體之附近較熱，越遠離信號放大用電晶體則溫度越低， 該孤度差會使電流值變動，而成為調變波信號變形的原 因。因此，放大器之控制電壓源開啟時的舉動係與放大器 之佈局有關，尤其是與電晶體之配置相關，相同佈局之放 大器即使有放大器於開關時的過渡變化，仍可獲得相同特 性。 因此’本發明係於電力放大開始時，即，控制上述電力 放大之開關的控制電壓源開啟’且由該控制電壓源經由偏 壓電源部而於第1電晶體施加偏壓電壓後，立即藉由上述 加速電路過渡地增加流過上述第1電晶體之基極的電流。 藉此’可消除因電力放大器之發熱等造成之動作電流的變 化’抑制放大率變化，謀求線形性之提高。即，縱或不採 用溫度檢測元件，亦可藉由將可調節動作電流之過渡應答 的加速電路連接於偏壓電源部，而抑制發熱導致之放大信 號（調變波信號）之變形增加。 藉由該效果，可獲得以更少的動作電流而發送更大的無 138097.doc 200950314 線信號之電力放大器，故可獲得無線通信裝置之消耗電力 減少、動作時間延長、通信距離擴大的效果。 又’ 一實施形態之電力放大器中，上述加速電路具有 第5電晶體’其係集極連接於上述第4電晶體之射極，且 射極經由電阻元件而接地； 第6電晶體，其係射極連接於上述第5電晶體之基極，且 集極連接於上述控制電壓源；

❹ 電容元件，其係連接於上述第6電晶體之基極與上述控 制電壓源之間；及 ' 一極體，其係連接於上述第6電晶體之基極與上述控制 電壓源之間。 根據該實施形態之電力放大器，藉由於上述控制電壓源 之控制電壓上升時（放A㈣啟時），讓電荷流人上述電容 元件’使電流過渡(暫時)地流入上述第5電晶體之集極而使 上4集極之電壓值降低。其結果，由於第3電晶體之偏壓 ^的變動，將第3電晶體之集極連接於第2電晶體之基極的 連接端子的電壓暫時上升。藉此， 上边上升時過渡地藉由 述第2電晶體而供給於第i電晶體之電流增加。因此，於 上述上升時’上述第丨電晶體之 、 使上汁M + 电力放大率過渡地上升， 迷4 1電晶體之發熱所造成之溫度變動迄至電路整體 平衡狀態的時間縮短，可減少放 的變形。 大乜唬（如調變波信號 述加速電路所具有 以消除因上述電力 又’—實施形態之電力放大器中，上 之上述電容元件的電容值係經過調整， 138097.doc 200950314 放大開始時之溫度變化所致之增益的過渡變化。 根據該實施形態之電力放大器，可消除放大增益之變動 所致之線形性的惡化，改善動態EVM(誤差向量振幅）之 值。 又，一實施形態之電力放大器中，具有上述加速電路之 上述電容元件係可變更電容值。 根據該實施形態之電力放大器’藉由變更上述電容元件 之電谷值，可調整放大動作上升時使加速電路供給於上述 第1電晶體之偏壓增加的時間。 根據本發明之電力放大器，上述加速電路於利用上述放 大部之第1電晶體開始進行電力放大時，使上述偏壓電源 部供給於上述第1電晶體之偏壓暫時增加，而於上述電力 放大開始時，過渡地提高上述第1電晶體之電力放大率。 藉此，縮短進行電力放大之第i電晶體（放大電晶體）之發熱 所造成的溫度變動迄至電路整體呈平衡狀態的時間，且減 少放大信號（如調變波信號）之變形。 【實施方式】 以下，茲佐以圖示之實施形態詳細說明本發明。 圖1係顯示本發明之電力放大器其實施形態的電路構成 之電路圖。 该電力放大器係作為由輸入信號端子101輸入之輸入信 號的高頻信號是經由輸入匹配電路102而輸出，以作為第】 電晶體之放大電晶體103加以放大，且經由輸出匹配電路 而由輸出信號端子105輸出。又，圖i中，1〇6係放大電 138097.doc -10· 200950314 晶體103之集極偏壓端子。該集極偏壓端子】〇6與接地之間 係連接有直流電源137及電容元件138。上述放大電晶體 103構成放大部。 又，作為第2電晶體之偏壓電晶體1〇7，係於上述放大電 晶體103之基極端子供給基極偏壓電流的電晶體。該偏壓 電晶體107之射極係經由電阻元件！ 〇9而連接於放大電晶體 , 103之基極端子。該電阻元件109係為防止放大電晶體1〇3 之熱失控而加以插入於基極偏壓路徑的安定化電阻（鎮流 電阻）。 上述偏壓電晶體107係集極乃經由電阻元件133而連接於 偏壓端子108。該偏壓端子108係連接於控制電壓源135。 由上述偏壓電晶體107 '及連接於該偏壓電晶體1〇7之基 極端子之電容元件110所構成的偏壓電路m，具有因應上 述輸入信號之信號強度的增加而使基極偏壓電流增加的作 用，即使上述輸入信號之信號強度變化時，亦有讓輸出信 鲁號之放大比及放大後之相位旋轉保持為一定保持的作用。 該偏壓電路111之偏壓電晶體107的基極端子上連接有電 源電路112。上述偏壓電路in與電源電路112構成偏壓電 源部。 上述電源電路112大致係將放大電晶體1〇3之「基極、射 極間電壓」與偏壓電晶體107之「基極、射極間電壓」的 和供給於偏壓電晶體107的基極端子。即，上述電源電路 H2係將該電源電路112所使用之電晶體的基極、射極間電 壓（以下稱為VBE)之2倍的電壓供給於偏壓電晶體1〇7之^ 138097.doc 200950314 極端子。又’此處忽略安定化電阻H)9之電壓下降。 該實施形態中，如圖1所示’上述電源電路丨丨2具有第3 電晶體1〗5、第4電晶體116及電阻元件〗14。該第3電晶體 115係集極連接於偏壓電晶體107之基極，射極接地。且， 該第3電晶體115之基極係連接於上述第4電晶體丨16之射 極。又，該第3電晶體115之集極係經由電阻元件131而連 接於上述偏壓端子108。另一方面，上述第4電晶體116之 射極係經由上述電阻元件114而接地，集極係經由電阻元 件132而連接於上述偏壓端子1〇8。 又，上述電源電路112之第3電晶體115之基極與第4電晶 體116之射極的連接點p〇，係連接於加速電路m之輸出端 子 11 8 〇 該加速電路122具有集極連接於上述輸出端子1丨8之第$ 電晶體119，及射極連接於該第5電晶體119之基極的第6電 曰曰體12 0。上述第5電晶體11 9之射極係經由電阻元件丨3 6而 接地。 又’上述加速電路122具有連接於上述第6電晶體120之 基極與上述偏壓端子1〇8之間的電容元件121 ’及串聯連接 於上述第6電晶體120之基極與上述偏壓端子ι〇8之間的2個 二極體 125、126。 該加速電路122於上述控制電壓源135之控制電壓上升時 (放大器開啟時）係讓電荷流入於電容元件丨21，藉此會有電 流過渡（暫時）地由輸出端子U8流入第5電晶體119，使上述 輸出端子118之電壓值下降。其結果，因第3電晶體115之 138097.doc 200950314 偏壓點之變動，使將第3電晶體115之集極連接於偏壓電晶 體107之基極的連接端子117的電壓暫時上升。藉此，上述 上升時係藉由偏壓電晶體107而過渡地使供給於放大電晶 體103的電流增加。因此，上述上升時，上述放大電晶體 103之電力放大率係過渡地提高，因放大電晶體1〇3之發熱 '所致之溫度變動迄至電路整體呈平衡狀態的時間縮短，可 • 減少放大信號（如調變波信號）之變形。 癱 此處，圖2顯示於圖1之電路中，去除上述加速電路122 之構成的比較例之放大電晶體1 03之動作電流（集極電流 Ic3)之過渡應答特性的一例。未具有該加速電路之比較例 中，由於偏壓電晶體107之溫度上升速度慢於放大電晶體 103之溫度上升速度，而使由偏壓電路1U供給於放大電晶 體103之電流值持續變化，故該電流值之變化成為信號變 形的原因。 其次，圖3顯示上述實施形態之電力放大器之放大電晶 • 體103其動作電流（集極電流Ic3)的過渡應答特性的一例（模 擬結果）。該實施形態係藉由於放大器開啟時強制增加由 偏壓電晶體107供給於放大電晶體103的電流，較之圖2之 比較例的過渡應答特性’係以約1/4之時間而使動作電流 Ic3之值呈恆常狀態。藉此，抑制放大電路之溫度變化所 致之放大信號變形的發生，提高突發動作時之電路的線形 性。即’可補償隨使用雙極電晶體之電力放大器之集極電 流變動所產生的增益變動。 又’該實施形態之電力放大器中，上述加速電路122所 138097.doc -13· 200950314 具有之上述電容元件121的電容值係經過調整，以消除因 上述電力放大開始時之溫度變化所致之增益的過渡變化。 藉此可消除放大増益之變動所致之線形性的惡化，改善動 態EVM之值。 又，作為上述加速電路122所具有之電容元件m，亦可 為可變更電容值的電容元件。該情形下，藉由變更電容元 件121之電容值，可調整使放大動作上升時加速電路122經 由電源電路112與偏壓電路U1所構成之偏壓電源部而供給 於放大電晶體103之偏壓增加的時間。 以上說明了本發明之實施形態，應瞭解亦可對其進行各 種變更。此等變更不應視為脫離本發明之精神與範圍，此 領域業者自明之變更全部應包含於後附的申請專利範圍 中〇 【圖式簡單說明】 圖1係顯示本發明之電力放大器之實施形態的電路圖。 圖2係顯示上述實施形態之比較例之過渡應答特性之— 例的特性圖。 圖3係顯示上述實施形態之過渡應答特性之一例的特性 圖。 【主要元件符號說明】 ici 輸入信號端子 102 輸入匹配電路 103 放大電晶體 104 輸出匹配電路 138097.doc -14· 200950314

105 輸出信號端子 106 集極偏壓端子 107 偏壓電晶體 108 偏壓端子 109 安定化電阻 110 電容元件 111 偏壓電路 112 電源電路 114 電阻 115 第3電晶體 116 第4電晶體 117 連接端子 118 輸出端子 119 第5電晶體 120 第6電晶體 121 電容 122 加速電路 125 ， 126 二極體 138097.doc 15

Claims (1)

1. 200950314 七、申請專利範圍： 1· 一種電力放大器，其特徵為具備： 放大部’其具有進行電力放大之第1電晶體； 偏壓電源部，其具有對於上述第1電晶體供給偏壓之 第2電晶體；及 加速電路，於上述電力放大開始時，使上述偏壓電源 部供給於上述第1電晶體之偏壓過渡地增加。 2_如請求項1之電力放大器，其中上述第2電晶體係射極經 由電阻元件而連接於上述第1電晶體之基極，且 上述偏壓電源部具有： 第3電晶體，其係集極連接於上述第2電晶體之基極且 射極接地； 第4電晶體，其係基極被連接於上述第3電晶體之集 極，且射極連接於上述第3電晶體之基極；及 電阻元件，其係連接於上述第4電晶體之射極與接地 之間；並且 上述第2、第3、第4電晶體之集極係連接於控制上述 電力放大之開關的控制電壓源；再者 上述加速電路係藉由連接於上述第3電晶體之基極與 上述第4電晶體之射極的連接點與上述控制電壓源之 間且於上述控制電壓源之控制電壓上升時，過渡地降 低上迟第3包晶體之基極電壓而使流過上述第2電晶體之 基極的電流增加，以使流過±述第丨電晶體之基極的電 流增加，提高上述第1電晶體之電力放大率。 138097.doc 200950314 3. 如請求項2之電力放大器，其中上述加速電路具有： 第5電晶體，其係集極連接於上述第4電晶體之射極， 且射極經由電阻元件而接地； 第6電晶體，其係射極連接於上述第5電晶體之基極， 且集極連接於上述控制電壓源； 電容元件，其係連接於上述第6電晶體之基極與上述 控制電壓源之間；及 一極體，其係連接於上述第6電晶體之基極與上述控 制電壓源之間。 4. 如請求項3之電力放大器，其中上述加速電路所具有之 上述電谷元件的電容值係經過調整’以消除因上述電力 放大開始時之溫度變化所致之增益的過渡變化。 請東項3之電力放大器，其中上述加速電路所具有之 上述電容元件係可變更電容值。 138097.doc