TW494621B - High frequency power amplifier having a bipolar transistor - Google Patents

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494621 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明領域 本發明係有關一種使用雙極電晶體之高頻功率11器 ，更明確地係有關一種具有高效率及低失真的高頻1力率方夂 大器，其使用一種異質接面（heterojunction )雙極電晶體 經濟部智慧时1局員工消費合作钍印奴 背景敘述 對於近期的行動電話及行動資訊終端機，其有效地執 行功率放大於1 G Η z以上之頻帶的電晶體已變爲必要的 構成零件。於這些電晶體中，一形成於砷化鎵（於下文中 稱爲G a A s )基底上之異質接面雙極電晶體具有絕佳的 高頻特性且高效率地操作以一低的電壓。因此，異質接面 雙極電晶體符合社會上要求以減少電池之數量來減輕電話 及終端機之重量，而吸引社會大眾之注意。此外，異質接 面雙極電晶體顯示較小的三維失真，且具有一種適於數位 調變之特性，即操作之高度線性。 雖然使用G a A s族群之物質的異質接面雙極電晶體 具有大部分的絕佳特性，但是此種電晶體有時會使其特性 惡化，當欲獲得大的輸出功率時。此係由於其G a A s基 底之熱傳導性（conductivity )爲大約〇 · 4W/K/cm (約矽之1 / 3 )般相當低的，且裝置溫度之上升隨著一 輸出位準之提高而變大。當雙極電晶體被驅動而保持其基 極-射極電壓恆定時，則已知其一集極電流因溫度升高而 增加。因此，一電流增加之一正回饋、一功率增加、一溫 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 、言 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4· 494621 A7 B7 一·· —— — —— —- -- -- …… .......... 五、發明説明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 度升高及一電流增加被產生，其中電流增加造成損耗功率 以升高裝置溫度，因而進一步增加電流。有一缺點’即其 電流分佈之不均勻度發生於其具有多數射極指針（finger )及一大面積之高頻功率放大器中，且一熱逸潰（thermal r u n a w a y )狀態可能會發生於最差的情況下，而導致電晶體 之崩潰。 爲了解決此一問題，長久以來最熟悉的方法爲一種鎭 流電阻方法（G. Gao 等人之 IEEE Trans. Electronic Dev·， 1991，pp . 1 85- 1 96 )以提供一鎭流電阻，其增加一射極電 阻或一基極電阻以施加一負回饋至一電流增加及一介於一 基極與一射極之間的電壓關係，因而抵銷由於溫度升高之 一正回饋。圖1顯示藉由異質接面雙極電晶體之一高頻功 率放大器的範例，其使用鎭流電阻方法，而一種使用傳統 雙極電晶體之高頻功率放大器將被說明。 於圖1中，一用以產生參考電壓而成爲基極偏壓之參 考電壓產生電路1 2的輸出電壓被分配至雙極電晶體1 a ，1 b ，1 c及1 d，其作用爲電晶體電路1 〇之指針經 由一偏壓產生電路2以藉由一電晶體1 1而執fr 一阻抗轉 換。做爲基極偏壓之爹考電壓係依據一二極體6之溫度而 被調整。具有此構造之偏壓電路應被稱爲一二極體偏壓電 路於下列說明中。 每個電晶體1 a ，1 b ，1 c及1 d之射極被連接經 由鎭流電阻5 a ，5b ，5 c及5 d之一相應者而至一接 地的電極。一高頻功率被連接至電晶體1 0之每個電晶體 本紙張尺度中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0 X297公釐） -5- 494621 A7 B7 五、發明説明（3 ) 1 a ，1 b ，1 c及1 d的基極，經由一金屬絕 (於下文中稱之爲Μ I Μ )電容裝置 率漏出至基極偏壓電路’故一電阻 4。爲了避 被連接於阻 緣器金屬 免局頻功 抗轉換電 ，圖1中 雙極電晶 請 先 閱 讀 背 面 意 事 再 填 馬 本 頁 經濟部智慧財4笱員工4費合作社印％ 晶體1 1的射極與商頻功率 所顯示之偏壓產生電路2包 體 用以阻隔一高頻之 圖2顯示高頻功率放大 其使用圖1中所顯示之傳統的異質接 態規劃將被詳細說明於本發明之第一 比較與做爲本發明之第一實 態規劃。於傳統的功率放大 個具有4X30之尺寸 mmX2mm的晶片中，且 獲得。於此，參考數字1 a 體，其每個均具有平行地連 體偏壓電路所構成之偏壓電 位置，且一 D C電位被供應 之每個的基極。電阻3被提 由Μ I Μ電容4而被連接至 1c及1d之每個的基極。 所謂的Μ Μ I C (單石 積體地形成具有此結構之電 上。於此電路結構中，晶片 測，而依據晶片之溫度的偏 電晶體1之間。因此 括用於阻抗轉換之一 -電阻3、及一電阻[ 器之電路 施例的高 器中，3 )被配置 3 0 d Β ，1 b ， 接的八個 路2被配 至四個電 供以阻隔 四個電晶 構造中的型態規劃， 面雙極電晶體。此形 實施例的說明中，而 頻功率放大器之一形 2個射極指針（其每 於圖2中所顯示之1 m W之一線性輸出被 1 c及1 d代表電晶 射極指針。由一二極 置於圖2中 所顯示之 a至1 d 高頻。一高頻信號經 lb ， 晶體區塊1 體區塊1 微波積體電路）係被構成藉由 晶體電路通常於一砷化鎵晶片 之溫度的變化被.二極體6所檢 壓被供應至高頻功率電晶體。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6- 494621 A7 ________B7 五、發明説明（4 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 然而’當一高頻功率密度變大時，則高頻功率電晶體電路 1〇之指針電晶體之間的溫度差異會發生，因而使得電流 分配不均勻。 特別地’溫度易於升局在局頻電晶體電路1 〇之中心 部分，且於圖1所顯示之範例中，其指針電晶體1 b及 1 c中所流動之電流的總和係大於指針電晶體1 a及1 d 中所流動之電流的總和。於圖3中，顯示有其圖1中所顯 示之傳統雙極電晶體電路中的電晶體區塊的位置以及其集 極電流之値。如圖3中所示，可證明其置於雙極電晶體電 路中心上之電晶體的集極電流之値在當鎭流電阻爲2歐姆 時較當鎭流電阻爲3 . 5歐姆時變化更大。 通常，當鎭流電阻5 a至5 d較大時，則對於熱逸漬 之抵抗便增加，而可增進電流分配之均勻度。然而，當鎭 流電阻變得太大時，則有一缺點發生，即其位於一飽和區 上之電晶體的電壓增加，因而破壞效率並降低增益。 即使圖1中之傳統雙極電晶體電路中的鎭流電阻5 a 至5 d被製成較大而可增加對於高輸出電晶體1 〇之熱逸 潰的抵抗時，對於偏壓電路之崩潰的抵抗可能仍爲一問題 。這表示有一問題，即當因爲其連接至高輸出電晶體電路 1〇之集極的外界額外電阻之波動（fluctuation )而導致 大量的集極電流（相較於一般使用）流經電晶體電路1〇 時，則基極偏壓電路2之電晶體1 1被毀壞。 明確地，當集極電流由於電晶體電路1 0之一外界負 載的波動而增加時，則電晶體電路1 0之基極電流亦增力口 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 494621 經濟部智慧时4局資1.消費合泎社印踅 A7 B7五、發明説明（5 ) 。電晶體電路1〇之所有電晶體]_ a ，1 b ，1 c及1 d 的基極電流流經偏壓電路2之電晶體1 1。當基極電流之 値變得太大時，則電晶體1 1便發生熱逸潰以致電晶體 1 1可能會毀壞。 同時於圖4中所顯示之結構中，基極偏壓參考電壓產 生電路1 2之輸出電位被分配至第一雙極電晶體1 a ， lb ，lc ，及Id之基極而成爲指針，其執行高頻功率 放大，經由一執行阻抗轉換之偏壓電路產生電路2以及鎭 流電阻7a ，7b ，7c及7d。參考電壓產生電路12 包括一二極體6 ，而偏壓產生電路2包括一第二雙極電晶 體1 1及一設於用以轉換阻抗的電晶體1 1與接地之間的 電阻9。 於具有上述結構之圖4的電路中，一高頻功率被供應 至指針電晶體之基極1 a，1 b，1 c及1 d，經由 MIM電容裝置8 a ，8b，8 c及8 d而不通過鎭流電 阻。於此方法中，雖然鎭流電阻之値很大以確保電晶體之 均勻的操作，但因爲高頻功率被直接輸入至電晶體之基極 端，所以高頻功率放大器之惡化的效率以及由於飽和區上 電晶體之電壓增加所致之其降低的增益之缺點不會發生’ 其亦爲圖1之高頻功率放大器中所生之問題，且高頻功率 放大器之特性被增進了。 然而，有一問題發生於某狀況下，例如’一種 CDMA (碼分割多路存取 Code Division Multiple Access )調變方法，其中信號（如具有大起伏之包絡的調變信號 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公董Ί (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· 訂 d -8- 494621 A7 B7 五、發明説明（6 ) )被處理時。明確地，假如鎭流電阻很大時，則包絡（ envelope )之一頻率成分被疊置在一施加於異質接面雙極電 晶體的本質基極與射極之間的電壓上，且具有一載波頻率 成分之交叉調變會發生，因而惡化了失真。 雙極電晶體之集極電流被槪略地顯示於圖5 ，其中數 位調變方法之信號被輸入至該雙極電晶體。於數位調變方 法中，高頻電流之振幅亦隨著時間而改變。於圖4所顯示 之第二種傳統高頻功率放大器的電路中，雖然高頻電流並 未流經基極鎭流電阻7 a ，7 b ，7 c及7 d，但是其爲 一低頻成分之調變信號的包絡成分會流經鎭流電阻7 a ， 7 b ，7 c及7 d。因此，施加於其具有大鎭流電阻的異 質接面雙極電晶體的本質基極與射極之間的電壓被調變以 包絡之頻率成分。 結果，於雙極電晶體之基極端1 a ，1 b，1 c及 1 d中，兩個信號（例如原本的調變信號及包絡信號）引 發交叉調變，因而惡化了失真。因此，從抑制失真成分之 觀點而言，有一問題爲其鎭流電阻不可被製成過度地大， 且無法構成一可應用於數位調變使用之放大器，此需求已 於近期增加。 爲了解決前述問題，本發明之一目的係提供一具有電 流分配之優秀均勻度的雙極電晶體，儘管一小的鎭流電阻 ，且能夠構成一具有較少的失真惡化而顯露高效率及低失 真之放大器，即使當一數位調變波被輸入時。於圖4所顯 示之傳統雙極電晶體中，當一大的集極電流由於電晶體電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :裝. 訂 -9- 494621 A7 B7 五、發明説明（7 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 路1 0之一集極的負載波動而流動時，則一流經偏壓電路 2之電晶體1 1的電流會變大，而電晶體1 1可能會毀壞 。此問題亦存在於圖1中所顯示之第一種傳統雙極電晶體 發明槪述 本發明之目的係提供一種雙極電晶體，其具有優良的 電流分配之均勻度儘管有一小的鎭流電阻時，且能夠構成 一種展現高效率及低失真的放大器，其具有少量的失真惡 化即使當一數位調變波被輸入時。 爲了達成前述目的，本發明具有下列特徵。 此申請案之本發明中所顯示的第一種高頻功率放大器 包括多數具有一雙極電晶體之電晶體區塊，其中每個該電 晶體區塊進一步包含：一連接至該雙極電晶體之一射極的 電阻；一參考電壓產生電路，以產生一當作基極偏壓之參 考電壓以被施加至該雙極電晶體之一基極；及一偏壓產生 電路，以藉由轉換該參考電壓來產生一基極偏壓電壓，該 偏壓產生電路被連接至該雙極電晶體之基極。 依據此申請案之本發明的第一種結構，則可依照每個 電晶體區塊之溫度的變化以供應基極偏壓電位。 此外，此申請案之本發明中所顯示的第二種高頻放大 器包括：多數具有一雙極電晶體之電晶體區塊；及一參考 電壓產生電路，以產生該雙極電晶體之一基極偏壓的參考 電壓，其中每個該電晶體區塊進一步包含：一連接至該雙 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -10- 494621 A7 B7 五、發明説明（8 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 極電晶體之一射極的電阻；一偏壓產生電路，以藉由轉換 該參考電壓來產生基極偏壓，該偏壓產生電路被連接至該 雙極電晶體之基極；及高頻輸入之一電容裝置，該電容裝 置被連接至該雙極電晶體之基極。 依據此申請案之本發明的第二種結構，則可依照每個 電晶體區塊之溫度的變化以供應基極偏壓電位。 圖形簡述 本發明及許多其伴隨之優點的更完整的瞭解將可輕易 地達成，藉由參考以下詳細的說明並配合伴隨的圖形，其 中， 圖1爲一電路圖以顯示使用依據一傳統第一範例之雙 極電晶體的一種高頻功率放大器； 圖2爲一解釋圖以顯不圖1所不之傳統商頻功率放大 器的型態規劃； 圖3爲一特性圖，用以比較圖1之高頻功率放大器中 的雙極電晶體之特性； 圖4爲一電路圖以顯示使用依據一傳統第二範例之雙 極電晶體的一種高頻功率放大器； 圖5爲一特性圖，以槪略地顯示傳統高頻功率放大器 中之雙極電晶體的包絡成分及集極電流； 圖6爲一電路圖以顯示使用依據本發明之第一實施例 的雙極電晶體之一種高頻功率放大器的電路； 圖7爲一平面圖以顯示依據本發明之第一實施例的高 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -11 - 494621 A7 B7 五、發明説明（9 ) 頻功率放大器之一型態規劃； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖8爲一視圖以解釋其當作比較標的之傳統高頻功率 放大器的元件之溫度變化； 圖9爲一特性圖以顯示使用依據本發明之第一實施例 的雙極電晶體之高頻功率放大器的特性； 圖1 0爲一解釋圖以顯示一表，其被獲得藉由比較第 一實施例中2 G Η z之寬頻C D Μ A信號的效率與傳統範 例中的效率； 圖1 1爲一電路圖以顯示使用依據本發明之第二實施 例的雙極電晶體之一種高頻功率放大器； 圖1 2爲一平面圖以顯示依據本發明之第二實施例的 高頻功率放大器之一型態規劃； 圖1 3爲一電路圖以顯示使用依據本發明之第三實施 例的雙極電晶體之一種局頻功率放大器； 圖1 4爲一平面圖以顯示依據本發明之第三實施例的 高頻功率放大器之一型態規劃。 經濟部皙.¾財4¾員工消费合阼社印災 主要元件對照表 la，lb， lc， Id 雙極電晶體 2 偏壓產生電路 3，9 電阻 4 電容裝置 5 a ，5 b ，5 c ，5 d 鎭流電阻 6 二極體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） -12- 494621 A7 B7 五、發明説明（1〇 ) ^ 7 a ，7 b ’ 7 c ’ 7 d 鎭流電阻 8a，8b，8c，8d Μ I Μ電容裝置 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1〇 電晶體電路 11 電晶體 12 參考電壓產生電路 1 〇 4，1 0 5 偏壓點 較佳實施例之詳細說明 對於近來的行動電話及行動資訊終端機，其能有效地 執行功率放大於1 G Η ζ以上之頻帶的電晶體已變爲不可 或缺的構成零件。於這些電子郵件中，一種形成於碑化鎵 (於下文中稱爲G a A s )基底上之異質接面雙極電晶體 具有絕佳的高頻特性且高效率地操作以一低的電壓。因此 ，異質接面雙極電晶體符合減低電池數目以減輕電話及終 端機之重量的大眾需求，而引起大眾之注意。此外，異質 接面雙極電晶體顯示較小的三維失真，且具有一種適於數 位調變之特性，即操作之高度線性。 一種使用依據本發明之雙極電晶體的高頻功率放大器 之實施例將參考其伴隨圖形而被詳細地說明。於說明下列 實施例時，其說明係參考範例，其中本發明被應用於一穰 使用I n G a P/G a A s異質接面雙極電晶體之2 G Η ζ頻帶的功率放大器。 一種使用依據本發明之第一實施例的雙極電晶體之高 頻功率放大器被構成如圖6中所顯示。對於作用爲四個輸 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） " ' ^ -13- 494621 A7 ___B7 五、發明説明（H ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 出電晶體之指針電晶體1 a ，1 b ，1 c及1 d的個別基 極，其個別的二極體區塊偏壓電路2 a ，2 b，2 c及 2d被配置接近其具有雙極電晶體1 a ，lb，1 c及 1 d之相應的電晶體區塊。具體而言，用於阻抗轉換之雙 極電晶體1 1 a ，1 1 b ，1 1 c及1 1 d (其構成偏壓 電路2 a ，2 b ，2 c及2 d )被個別地連接至雙極電晶 體1 a ，1 b ，1 c及1 d之基極，經由用以阻擋高頻之 電阻3 a ，3 b ，3 c及3 d。偏壓電位被供應至指針雙 極電晶體1 a ，1 b，1 c及1 d之個別基極。 一基極偏壓之一參考電壓，其係由每個以二極體電路 6a ，6b ，6c及6d所構成之個別參考電壓產生電路 12a ，12b ，12c及12d所產生，其接受恆定電 流偏壓，被供應至用於阻抗轉換之每個雙極電晶體1 1 a ，1 1 b ，1 1 c及1 1 d的基極，其構成偏壓電路2 a ，2b，2c 及 2d。每個電阻 9a ，9 b ，9c 及 9d 被設於接地與用於阻抗轉換的雙極電晶體1 1 a ，1 1 b ，1 1 c及1 1 d之射極的相應連接節點與用以阻擋高頻 的電阻3 a ，3 b ，3 c及3 d之間。例如，一偏壓電路 2 a係由雙極電晶體1 1 a 、用以阻擋高頻之電阻3 a以 及電阻9 a所構成。 於圖6之電晶體電路中，設有機構以解決一問題，亦 即雙極電晶體1 a至1 d之熱逸潰的測量以及偏壓產生電 路2 a至2 d的電晶體1 1 a至1 1 d之熱逸潰的測量。 雙極電晶體1 0 a至1 0 d之先前的熱逸潰表示當一恆定 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14- 494621 A7 B7 五、發明説明（12) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 的輸入偏壓（基極射極電壓）被供應時，則一集極電流由 於輸出電流（集極電流）與裝置溫度之間的溫度升高而增 加，且裝置溫度由於電流之增加而進一步升高，因而產生 一正回饋。此正回饋提高（elevate )中央雙極電晶體（例 如1 b )之裝置溫度，因而增加中央雙極電晶體之集極電 流。至於這些熱逸潰之測量，則採用鎭流電阻。此爲一種 方法，其中一電阻係串連至每個指針電晶體之基極。藉由 採用這些方法，則一負回饋被供應至一基極射極輸入電壓 及一輸出電壓，並達成裝置中之指針電晶體間的電流量之 均勻度，因而達成來自整個裝置之輸出功率的增加。用以 供應負回饋之電阻被稱爲一鎭流電阻。於此應用中，鎭流 電阻5 a至5 d被連接至電晶體區塊之個別雙極電晶體 1 a至1 d的射極。這些鎭流電阻作用以抑制電晶體區塊 間之電流的變化。 經濟部智慧时產工消費合作钍印焚 然而，當電晶體區塊1 0 a至1 0 d間之電流的變化 被嘗試以僅藉由使用鎭流電阻之方法而被壓制時，則無法 構成一高性能的功率放大器。明確地，於其中電晶體區塊 1 0 a至1 0 d間之溫度分佈變大的情況中，鎭流電阻之 値亦須被變得很大。然而’假如鎭流電阻之値被變得太大 時，則功率放大器之效率減低且輸出功率減低的問題會發 生。 於圖3中，流經圖1及2中之每個雙極電晶體的電流 分佈被顯示，其係藉由使用每指針（每個雙極電晶體）之 一射極電阻做爲一參數。當每指針之射極電阻爲3 · 5 Ω 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇x 297公釐） -15- 494621 A7 B7 五、發明説明（13) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 時，則電流之變化爲1 5 %，但是鎭流電阻之功能隨著射 極電阻之値減小至每指針2 Ω而變弱，導致電流之變化變 兩倍至3 0 %。 於圖6所顯示之本案的第一實施例中每個電晶體1 a 至1 d之基極電位被供應藉由二極體偏壓電路2 a至2 d 之一相對應者。二極體偏壓電路2 a至2 d供應一恆定電 流至二極體連接之電晶體6 a至6 d，而此二極體連接之 電晶體的基極電位經歷阻抗轉換以被供應至每個輸出電晶 體la’ lb ，lc及Id之基極。一環境溫度之變化被 二極體連接之電晶體6 a至6 d所檢測，且一偏壓點被校 正以致其每個輸出電晶體1 a ，1 b ，1 c及1 d之集極 電流不會改變。本發明之第一實施例具有一特別的I C型 態如圖7中所顯示。圖7中所顯示之型態規劃的參考數字 相同於圖6中所顯示之構成零件的參考數字。型態規劃具 有一特徵，即其圖7中所顯示之電晶體6 a至6 d被配置 接近於電晶體區塊1 0 a至1 〇 d之相應的電晶體丄a至 1 d 〇 經齊邹皙逄財4^7資£肖萨^咋^.^没 如本發明之圖7的形態規劃中所顯示，當溫度感應二 極體6 a至6 d被配置接近於個別的電晶體1 a至丨d時 ，則可依據每個高輸出電晶體1 a至1 d之裝置溫度的改 變而校正偏壓點。明確地，當電晶體之裝置溫度升高時， 則溫度感應二極體6 a至6 d之裝置溫度亦升高，而導致 其供應至電晶體1 a至1 d之偏壓電壓的減小。如此導致 W於母個電晶體1 a至1 d的裝置溫度上升與輸出集極電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -16- 494621 A7 B7 五、發明説明（14 流之間的關係之一負回饋作用。因此，此負回饋可減小鎭 流電阻5 a至5 b之値以相應於該作用之程度。結果’習 知技術中功率放大器之效率以及輸出電壓的減低之問題可 被避免。 於圖9中，使用依據本發明之第一實施例的高頻功率 放大器之一特徵圖形被顯示。於圖9中，流經具有依據本 發明之此實施例的結構之每個電晶體區塊1 〇 a ’ 1 0 b ，1 0 c ，及1 0 d的電流分佈被顯示以使用每電晶體區 塊1 0 a至1 0 d之射極電阻做爲一參數。當每個電晶體 區塊1 0 a至1 〇 d之涉及電阻爲3 . 5 Ω時’則電流分 佈之變化被大大地增進至4 %。此外，即使於其中射極電 阻被設定如2 Ω般小的情況下，電流分佈之變化可被控制 至7 %。圖9相應於圖3，即使當鎭流電阻爲2 . Ο Ω時 ，顯著的惡化無法被察覺，相較於其中鎭流電阻爲3 . 5 Ω的情況下，且一較佳的結果可被獲得。 於採用數位調變方法之行動電話中，一種B級放大器 或一種A B級放大器被使用，其中高效率的操作被期待以 延長電池之壽命。於B級放大器或A B級放大器中，損耗 功率隨著輸出功率而改變（不同於A級放大器）。因此， 高輸出電晶體1 a ，1 b，1 c及1 d之裝置溫度依據一 輸出位準而改變。 因此，當一恆定偏壓電壓被供應至高輸出電晶體i a ，1 b ’ 1 c及1 d時，則輸出位準增加以升高裝置溫度 ，而使得效率惡化。於此時刻之狀態被顯示於圖8中。明 I 丨.^----裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 1· -17- 494621 A7 B7 五、發明説明（15 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 確地，裝置之一輸入/輸出特性係由參考數字1 0 1所顯 示，當裝置溫度爲低時。即使當偏壓點1 0 4被設定至B 級或A B級時，輸入/輸出特性隨著裝置溫度之上升而改 變，如參考數字1 0 2所示。因此，偏壓點偏移至A級側 ，且偏壓點係由參考數字1 0 5所示，其導致功率效率之 惡化。 於圖1及2中所顯示之傳統的雙極電晶體中，因爲晶 片之中心側上的電晶體區塊中之溫度上升大於晶片之周邊 側上的電晶體區塊中之溫度上升，所以電流有一傾向會流 經晶片之中心部分中的電晶體區塊較流經晶片之周邊部分 中的電晶體區塊爲多，以致其不易精確地控制偏壓電壓。 例如，於圖2中，溫度感應二極體6被配置接近於晶片之 周邊部分中的輸出電晶體區塊1 a。藉由此設計’則偏壓 點便根據晶片之周邊部分中的電晶體區塊之裝置溫度而被 校正。然而，其特性未如預期般被增進，因爲偏壓點之校 正係根據高輸出電晶體之一部分的裝置溫度而被執行。明 確地，於圖2所顯示之配置中，當輸出位準增加且裝置溫 度上升時，則高輸出電晶體之中心部分中的區塊1 b及 1 c之偏壓點便從B級側或A B級側偏移至A級側’而導 致功率效率之惡化。 另一方面，不同於圖2 ，假如溫度感應二極體6被配 置接近於高輸出電晶體之中心部分側上的區塊1 b的話’ 則當輸出位準增加且裝置溫度上升時，偏壓點偏移至高輸 出電晶體之周邊部分中的區塊1 a及1 b之C級側’且一 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -18 - 494621 A7 B7 16 五、發明説明（ 失真特性惡化。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 依據圖6中所顯示之本發明的第一實施例之高頻功率 放大器，其做爲二極體偏壓電路之阻抗轉換電路2 a ’ 2 b ，2 c及2 d被提供給個別的電晶體區塊1 a ’ 1 b ’ 1 c及1 d，而做爲阻抗轉換部分之電晶體1 1 a ’ 1 1 b ，1 1 c及1 1 d以及做爲二極體部分之溫度感應 二極體6 a ，6 b，6 c及6 d被配置接近於相應的電晶 體區塊1 a ，1 b ，1 c及1 d。以此種結構，即使裝置 溫度的變化發生於電晶體區塊1 a ’ 1 b ’ 1 c及1 d之 間，其電晶體區塊之偏壓點被固定至B級或A B級，因而 增進功率效率。 因爲來自偏壓電路2 a至2 d之輸出被供應至具有低 阻抗之高輸出電晶體，由於射極跟隨器（followers ) 1 1 a至1 1 d，所以由於調變信號之包絡線的改變所產 生之基極電位的波動被強烈地抑制。因此，圖6中所顯示 之本發明的高頻功率放大器被預期顯示一適於數位調變方 法的低失真特性。 i βι 此外，於圖1 0所顯示之表中，顯示有2 G Η z之 C D Μ Α信號的雙極電晶體（其被個別地顯示於圖6及圖 7 )之效率。於具有圖1及2所顯示之結構及圖3所顯示 之特性的傳統雙極電晶體中，當每指針之射極電阻從 £ 3 . 5 Ώ被減小至2 Ω時’則電流分佈變得不平均，以致 其效率從3 5 %被大大地惡化至2 7 %。 另一方面，依據本發明之第一實施例，即使當每指針 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公羞） -19- 494621 A7 B7 五、發明説明（17) 之射極電阻從3 · 5 Ω被減小至2 Ω時’電流分佈之均勻 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 度可被保持。因此’效率之惡化不會發生。反之’因爲飽 和電壓之減低及傳輸電導（conductance )之上限被消除’ 所以效率被增加。雖然當每指針之射極電阻爲3 · 5 Ω時 效率爲3 8 %，但是當射極電阻爲2 Ω時效率被增進至 4 3%。 此外，電路中之崩潰電阻的增進被視爲一額外的效果 。當太過量之高頻功率被輸入至雙極電晶體（其中許多指 針被彼此平行地連接）時，則所謂的一種電流集中（其中 所有功率集中至一指針）發生。其中有電流集中發生之射 極指針的溫度變得非常高，而導致許多情況下之裝置崩潰 。於如圖1所顯示之傳統高頻功率放大器的電路中’ D C 偏壓被結合至一點，而之後被分配至每個指針。 經濟邹眢慧时4^肖1.4費^怍汪印製 因此，偏壓電路擁有一種能力以足夠地供應基極電流 至所有指針。結果，於其中電流集中發生於高輸出電晶體 的指針之間的情況下，足夠的基極電流被供應至一其中有 電流集中發生之指針，而因此所有的高頻功率被集中於一 指針上。因此，裝置很容易崩潰。 於圖4所顯示之傳統高頻功率放大器的電路中，用以 避免高頻功率流至偏壓電路之電阻了 a ’ 7 b ’ 7 c及 7 d被串連至個別的電晶體區塊1 a ，1 b ’ 1 c及1 d 或個別的指針，且作用爲鎭流電阻。因此’ 一臨限（其發 生電流集中）增加。然而，一旦電流集中發生，則偏壓電 流可供應一大的基極電流至一其中發生有電流集中之指針 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -20- 494621 A7 B7 五、發明説明（18 ) ，以致其裝置被毀壞。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 另一方面，依據本發明之第一實施例的高頻功率放大 器，因爲多數偏壓電路被提供，所以其用以供應電流之每 個偏壓電路的能力被減低以相較於傳統電路之分割的數目 。因此，即使雙極電晶體接受一極端的偏壓條件（其中電 流集中發生），其被供應至其中發生有電流集中之指針的 基極電流可被設定至一裝置不會被毀壞的位準。 接下來，本發明之實施例將被硏究，而比較偏壓電路 2之電晶體1 1的電流與傳統的範例。於圖1所顯示之前 述第一傳統範例中，3 0 d B m W之一線性輸出被獲得以 3 · 6 V之電壓，於正常負載條件下。於此刻，因爲電晶 體區塊1 a ，1 b，1 c及1 d之電流增益係等於大約 100，電晶體區塊la ，lb，lc及Id之基極電流 的總和係等於大約4 · 5 m A。因爲正常狀態下之基極電 流實際上大約爲1 · 5 m A，所以流經電晶體1 1之電流 爲 6 m A 〇 經濟部智慧財產(工消费合汴社印製 於行動電話之應用中，功率放大器之負載阻抗係依據 一輸出天線之狀態而大大地改變。當負載阻抗被製爲很小 時，則電晶體區塊1 a ，1 b ，1 c及1 d之集極電流增 加至2 0 0 0 m A或更多。此時，電晶體區塊1 a ，1 b ’ 1 c及1 d之電流增益減低至5 0，而偏壓電路2之電 晶體1 1的電流達到4 0 m A或更多。因此，電晶體1 1 致使熱逸潰被破壞，而圖1中所顯示之做爲高頻功率放大 器的傳統電路產生操作上的故障。此故障之機構亦類似地 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS) A4規格（210X297公廣) -21 - 494621 A7 B7 五、發明説明（19 ) 發生於圖4之電路中。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 另一方面，於圖6所顯示之本發明的第一實施例中， 當電晶體區塊1 a ，1 t，1 c及1 d之集極電流由於其 外界集極負載之變化而達到2 0 0 0 m A或更多時，則因 爲偏壓電路被分割且單獨的偏壓電路被提供給個別的電晶 體區塊，所以其流入電晶體1 1 a，1 1 b，1 1 c及 1 1 d之電流爲1 〇 m A或更少，且偏壓電路之崩潰不會 發生。 圖1 1顯示一種高頻功率放大器，其使用依據本發明 之一第二實施例的雙極電晶體。基極偏壓之參考電壓，其 係由個別的參考電壓產生電路12a ，12b ，12c及 經濟部智慈財4局員工消費合泎钍印災 1 2 d所產生，被供應至依據圖6之本發明的第一實施例 之高頻功率放大器中的二極體偏壓電路2 a ，2 b ，2 c 及2 d之阻抗轉換電晶體1 1 a ，1 1 b，1 1 c及 1 1 d的基極。於圖1 1所顯示之第二實施例中，基極偏 壓之參考電壓係由共同的參考電壓產生電路12所產生， 且被供應至電晶體1 1 a ，1 1 b ，1 1 c及1 1 d之基 極。參考電壓產生電路1 2包括一二極體電路6 ，其係接 受恆定的電流偏壓。 依據圖1 1所顯示之結構，其由包括二極體電路6之 參考電壓產生電路1 2所決定的偏壓電壓，被供應至多數 二極體偏壓電路2 a ，2 b ，2 c及2 d之阻抗轉換電晶 體1 1 a ，1 1 b ，1 1 c及1 1 d的個別基極。而接著 ，基極偏壓電壓從阻抗轉換電晶體1 1 a ，1 1 b， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -22- 494621 A7 __B7 五、發明説明（2〇 ) 1 1 C及1 1 d被供應至個別的電晶體區塊1 a ，1 b ’ 1 c及1 d以執行高頻功率放大。 圖12爲一平面圖以顯示圖11中所示之高頻功率放 大器的型態規劃。如那些圖1 1之電路圖中所設置之構成 部分的相同參考數字被應用於圖1 2之構成部分。因此， 圖1 1及1 2之圖形中的相同參考數字顯示相同的構成零 件，而其重複的敘述被省略。類似於依據圖6及7中所示 之第一實施例的高頻功率放大器，其依據圖1 1及1 2中 所示之第二實施例的高頻功率放大器可顯著地增進對於偏 壓電路之崩潰的抵抗，相較於習知技術。 明確地，即使當其構成高頻功率放大器之電晶體區塊 1 a ，1 b ，1 c及1 d的集極負載波動時，則其集極電 流增加且其基極電流增加，電流集中不會發生且對於崩潰 之抵抗增加，因爲用以執行偏壓電路之阻抗轉換的電晶體 1 1 a ，1 1 b ，1 Γ c及1 1 d被個自地提供給個別的 電晶體區塊la， lb，lc及Id。 至於使用依據圖1 1中所顯示之第二實施例的雙極電 晶體之高頻功率放大器，其敘述係針對某種結構，其中阻 抗轉換電路2 a ，2 b ，2 C及2 d係由電晶體1 1 a ， 1 1 b，1 1 c及1 1 d及連接至個別電晶體1 1 a ， 1 1 b ，1 1 c及1 1 d之射極的電阻所構成。然而，本 發明非僅限於此，而亦可採用一種高頻功率放大器，其中 阻抗轉換電路2 a ，2 b，2 c及2 d並無電阻於個別電 晶體之射極側上。 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·

、1T -23- 494621 A7 B7 五、發明説明（21 ) 圖1 3爲一電路圖以顯不一種使 實施例的雙極電晶體之高頻功 壓電路2a ，2b ，2c及2 極跟隨器結構之阻抗轉換電晶 及1 1 d所構成。本發明可被 三實施例的電路，而以此種結 使當集極電流由於集極負載之 時。因此，崩漬電阻被增進。 同時依據第三實施例之高 顯示之型態規劃所構成。同時 有如圖1 3之相同參考數字的 路圖中的構成零件。 率放大 d被個 體1 1 構成爲 構其電 波動而 頻功率 於圖1 構成零 用依據本發明之第三 器。於圖1 3中，偏 別地僅由其具有一射 a，1 1 b，1 1 c 圖1 3中所顯不之第 流集中不會發生，即 增加且基極電流增加 放大器可由 4之平面圖 件相應於圖 於前面說明書中所述之第一、第二及第三實 之高頻功率 然的本發明 於一種具有η ( η $ 2 )個電晶體區塊之局頻功 其說明係針對其中電晶體數目爲4個 然而，本發明並未限定於此，而很自 圖1 4中 中，其具 1 3支電 施例中， 放大器。 可被應用 率放大器 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

：£ 喬 I 丨才 I 土 此外，做爲偏壓電路之實施例，所示範者爲一種系統 ，其中由二極體所產生之參考電位經歷阻抗轉換以被供應 至高頻電晶體。然而’當採用所謂的電流鏡電路，其中一 負的回饋迴路被設於由二極體電路所產生的參考電壓與由 阻抗轉換所獲得的輸出電位之間’時’則如那些具有前述 結構之實施例中的相同效果可被獲得’且本發明之主題可 被解決。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -24- 494621 A7 B7 五、發明説明（22 ) 具有優秀之電流分配的均勻度之雙極電晶體可被提供 ，即使當鎭流電阻很小時。當雙極電晶體被應用於一種高 頻功率放大器時，則可能提供其展現高效率及低失真而具 有極少失真之惡化的放大器，即使當一展現包絡線之大量 改變的數位調變波被輸入時。 雖然已說明及描述目前被視爲本發明之較佳實施例的 部分，但是那些熟悉本項技術者將瞭解其各種改變及修飾 可被實施，且其同等物可被取代其裝置而不會背離本發明 之真正範圍。此外，許多修飾可被實施以適應針對本發明 之教導的特定情況或材料而不背離其中心範圍。因此，預 期本發明不被限定於所揭露之特定實施例，而本發明包含 所有落入後附申請專利範圍之範圍內的實施例。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印災 本紙張尺度14财關家料（匸叫八4規格（21〇^公釐） -25-

Claims (1)

1. 494621 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 R8 C8 D8六、申請專利範圍 1 . 一種高頻功率放大器，包括： 多數電晶體區塊，每個該電晶體區塊具有一雙極電晶 體， 其中每個該電晶體區塊進一步包括： 一參考電壓產生電路，以產生一當作該雙極電晶體之 一基極偏壓的參考電壓；一連接該雙極電晶體之一基極的 偏壓產生電路，該偏壓產生電路藉由轉換該參考電壓來產 生一基極偏壓電壓；及 一用於高頻輸入之電容裝置，該電容裝置被連接至該 雙極電晶體之基極。 2 .如申請專利範圍第1項之高頻功率放大器，其中 每個該電晶體區塊進一步包括一連接至該雙極電晶體之一 射極的電阻。 3 .如申請專利範圍第1項之高頻功率放大器， 其中該偏壓產生電路進一步包括構成零件，其包含一 電阻設置於一用以將當作該雙極電晶體之基極偏壓的該參 考電壓轉換爲低阻抗的電路與該雙極電晶體的一個基極終 端之間，該基極終端被設置以避免高頻。 4 .如申請專利範圍第1項之高頻功率放大器， 其中該偏壓產生電路進一步包括構成零件，包含： 一第二雙極電晶體，其具有一連接至基極偏壓之參考 電壓的基極以及一連接至D C電源之集極；及 一電阻，其設置於該第二雙極電晶體的射極與該雙極 電晶體的基極終端之間，該電阻被設置以避免高頻。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---- I n n I 言

   -26 - 494621 A8 R8 C8 1)8 S、申請專利範圍 5 .如申請專利範圍第1項之高頻功率放大器， 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 其中該參考電壓產生電路具有一接受恆定電流偏壓之 二極體，並依據一溫度改變以供應一基極偏壓電壓至每個 該電晶體區塊。 6 .如申請專利範圍第1項之高頻功率放大器， 其中一接受恆定電流偏壓之二極體係鄰接於該雙極電 晶體。 7 .如申請專利範圍第1項之高頻功率放大器， 其中用於高頻輸入之該電容裝置包含一金屬絕緣體金 屬電容裝置，其被連接至該雙極電晶體之基極終端與該電 阻之一連接節點。 訂 8 .如申請專利範圍第7項之高頻功率放大器， 其中該金屬絕緣體金屬電容裝置被連接至一高頻電源 9 .如申請專利範圍第1項之高頻功率放大器， 其中由一射極跟隨器電路所構成之該偏壓產生電路被 設置於每個該電晶體區塊中，且當作基極偏壓之參考電壓 被供應至射極跟隨器電路之一基極輸入。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 0 . —種高頻功率放大器，包括： 多數電晶體區塊，每個該電晶體區塊具有一雙極電晶 體，及 一參考電壓產生電路，以產生一當作該雙極電晶體之 一基極偏壓的參考電壓； 其中每個該電晶體區塊進一步包括： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -27- 494621 A8 B8 (:8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項,填寫本頁· ) 一連接該雙極電晶體之一基極的偏壓產生電路，該偏 壓產生電路藉由轉換該參考電壓來產生一基極偏壓電壓； 及 一用於高頻輸入之電容裝置，該電容裝置被連接至該 雙極電晶體之基極。 1 1 .如申請專利範圍第1 〇項之高頻功率放大器， 其中每個該雙極電晶體區塊進一步包括一連接至該雙 極電晶體之一射極的電阻。 I 1 2 .如申請專利範圍第1 0項之高頻功率放大器， 其中該偏壓產生電路進一步包括： 一第二雙極電晶體，其具有一連接至基極偏壓之參考 電壓的基極以及一連接至D C電源之集極；及 一電阻，其設置於該第二雙極電晶體的射極與該雙極 電晶體的基極終端之間，該電阻被設置以避免高頻。 1 3 .如申請專利範圍第1 0項之高頻功率放大器， 其中該參考電壓產生電路包含一接受恆定電流偏壓之 二極體，並依據一溫度改變以供應一基極偏壓電壓至每個 該電晶體區塊。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 4 .如申請專利範圍第1 0項之高頻功率放大器， 其中該接受恆定電流偏壓之二極體係鄰接於該雙極電 晶體。 1 5 .如申請專利範圍第1 0項之高頻功率放大器， 其中用於高頻輸入之該電容裝置包含一金屬絕緣體金 屬電容裝置，其被連接至該雙極電晶體之基極終端與該電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) -28- 494621 8888 AHCD 六、申請專利範圍 阻之一連接節點。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之高頻功率放大器， 其中該金屬絕緣體金屬電容裝置被連接至一高頻電源 〇 1 7 .如申請專利範圍第1 0項之高頻功率放大器’ 其中由一射極跟隨器電路所構成之該偏壓產生電路被 設置於每個該電晶體區塊中，且當作基極偏壓之參考電壓 被供應至射極跟隨器電路之一基極輸入。 (請先閱讀背面之注意事項¾填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度埤用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -29-