WO2002031968A1

WO2002031968A1 - High-frequency amplifier

Info

Publication number: WO2002031968A1
Application number: PCT/JP2000/007085
Authority: WO
Inventors: Kazutomi Mori; Shintarou Shinjo; Hiroyuki Joba; Yoshinori Takahashi; Yukio Ikeda; Tadashi Takagi
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2002-04-18
Also published as: KR20020067541A; DE60025376T2; DE60025376D1; US6750720B1; CN1205741C; CN1409892A; KR100490819B1; JP4083573B2; EP1326328A1; JPWO2002031968A1; EP1326328B1; EP1326328A4

Description

明細書高周波増幅装置技術分野

この発明は、衛星通信、地上マイクロ波通信、移動体通信等に用いられる高周波増幅装置に関するものである。背景技術

一般に B J T、 Η Β Τ等の Ν Ρ Νバイポーラトランジスタを用いた高周波増幅器においては、高出力、高効率を得るためにべ一ス電圧を定電圧で印加する定電圧バイァス回路が用いられる。定電流でベースバイァスを印加した場合には、高周波の入力電力が増加した場合に整流電流が発生すると定電流を維持するためにペース電圧が降下する。そのため、入力電力が大きくなると、 Β級動作に急速に近づくために飽和電力が小さくなり、高出力、高効率を得ることができない。一方、定電圧でベースパイァスを印加した場合には、ペース電圧は降下することはないため、バイアス級は変化せず、定電流バイアスの場合と比較して大きな飽和出力電力と髙効率を得ることができる。したがって、入力電力が増加することによって、ベース電流が増加しても、ベース電圧が低下しないような定電圧バイァス回路が必要となる。

第 1図は例えば「アナログ I Cの機能回路設計入門回路シミュレ一夕 S P I C Εを用いた I C設計法」（青木英彦著、 C Q出版社、 1 9 9 2年 9月 2 0 日発行、 Ρ 7 4 ) に示されたベース電流補償カレントミラ一回路を定電圧バイァス回路に用いた場合の高周波増幅装置を示す回路図である。図において、 1は B J T、 HB T等の NPNバイポーラトランジスタを増幅素子として用いた高周波増幅器、 2はその高周波増幅器 1にべ一スパイァス鼋圧を供給する定電圧バイァス回路である。

高周波増幅器 1において、 3は B J T、 H B T等の N P Nバイポーラトランジスタ、 4はその N P Nバイポーラトランジスタ 3のエミヅ夕端子に接続されたグランド、 5は高周波信号入力端子、 6は高周波信号出力端子、 7はべ一スバイアス端子、 8はコレクタバイアス端子である。

また、定電圧バイアス回路 2において、 1 1は高周波増幅器 1の NP Nバイポーラトランジスタ 3と共にカレントミラ一を構成する B J T、 HB T等の NPNバイポーラトランジスタであり、そのべ一ス端子がベ一スパイァス端子 7に接続され、そのエミヅ夕端子がグランド 4に接続されたものである。 1 2はベース電流補償用の B J T、 HB T等の ΝΡ Νバイポーラトランジスタであり、そのべ一ス端子が Ν Ρ Νバイポーラトランジスタ 1 1のコレクタ端子に接続され、そのエミッ夕端子が Ν Ρ Νバイポーラトランジスタ 1 1のべ一ス端子に接続されたものである。 1 3は ΝΡΝバイポーラトランジスタ 1 2のコレクタ端子と電源供給 Ζ 電圧設定端子 1 5との間に接続された抵抗、 1 4は Ν Ρ Νバイポーラトランジス夕 1 2のべ一ス端子と電源供給ノ電圧設定端子 1 5との間に接続された抵抗である。

次に動作について説明する。

高周波信号 P i nは、高周波信号入力端子 5より高周波増幅器 1に入力され、高周波増幅器 1で増幅された後、高周波信号出力端子 6より出力される。高周波増幅器 1のベース電圧 Vbおよびペース電流 I b r f は、定電圧バイアス回路 2より供給され、高周波増幅器 1のコレクタ電流 I c r f およびコレクタ電圧 V cは、コレクタバイアス端子 8より供給される。定電圧バイァス回路 2において、ベース電圧 V bおよびベース電流 I b r f は、以下のように決定される。ここで、仮に、高周波増幅器 1 と共にカレントミラ一を構成する NP Nバイポーラトランジスタ 1 1のサィズを 1、高周波増幅器 1の NP Nバイポーラトランジスタ 3のサイズを N、ペース電流補償用の N P Nバイポーラトランジスタ 1 2のサイズを Mとする。また、これら 3つの N P Nバイポーラトランジスタ 3 , 1 1 , 1 2は同じ構造のものであるとし、電流増幅率を ?とする。さらに、接点電圧 V r e f 、電流 I r e f、 I c d c l、 I b d c l、 l e d c 2、 I e d c 2 I b d c 2、 I b r f、 I c r f 、抵抗 R r e f を第 1図に示すように定義する。

定電圧バイァス回路 2の電源供給 Z電圧設定端子 1 5より電源電圧 V p cが印加された場合の力レントミラーの基準電流 I r e f は、

I r e f = ( V p c - 2 · V b ) /R r e f

で与えられる。この基準電流に対して、高周波増幅器 1の N P Nバイポ —ラトランジスタ 3のコレクタ電流 I c r f は、

N

icrf = ： ~― ~~ Irer

N

β·(1 + β)

となる。その際に、高周波増幅器 1の Ν Ρ Νバイポーラトランジスタ 3 のべ一スバイァス電圧 V bは、

V b = (Vp c - I r e f · R r e f ) / 2

に設定される。この際に流れるベース電流 I b r f は次式となる。

I b r f = I c r f / β

このようにして、定電圧バイアス回路 2の出力として、ベース電圧 V b、ペース電流 I bを供給する。

従来の高周波増幅装置は、以上のように構成されているので、以下に示すように高周波入力信号 P i nが増加され、ベース整流電流 Δ I bが発生した際に、ベース電圧 V bが A Vbなる電圧降下分だけ低下してしまう。従って、高周波入力信号 P i nが増加した場合に、高周波増幅器 1のバイアス級が B級に近づき、飽和出力電力、効率が低下するという課題がある。以下に、電圧降下 A V bが発生する動作について説明する従来の技術において、高周波増幅器 1の入力電力が増加し、 A l bなるべ一ス整流電流が発生し、結果として、定電圧バイアス回路 2から出力されるベース電流 I b r f が A l bだけ増加した場合について検討する。ベース電流 I b r f が△ I bだけ増加した場合に、ペース電流補償用の N P Nバイポーラトランジスタ 1 2のエミヅ夕電流 I e d c 2は△ I e d c 2だけ増加し、カレントミラーを構成する N P Nバイポーラトランジス夕 1 1のベース電流 I b d c lは A l b d c lだけ減少するとすると、これらの電流の変化量には次式の関係がある。

△ I b = A I e d c 2 + A I b d c l

次に、カレントミラ一を構成する N P Nバイポーラトランジスタ 1 1 のべ一ス電流 I c d c 1の変化量 Δ I c d c 1は、

△ I c d c l =—/? · Δ I b d c 1

となる。ここで、基準電流 I r e f は、ほぼ一定であるとすると、ベース電流補償用の N P Nバイポーラトランジスタ 1 2のペース電流 I b d c 2の変化量△ I b d c 2は、

△ I b d c 2 =— A I c d c l = ? ，厶 I b d c l

となる。従って、ベース電流補償用のバイポーラトランジスタ 1 2のェミヅ夕電流 I e d c 2の変化量 Δ I e d c 2は、

A I e d c 2 = · Δ I b d c 2

= β · ( 1 + ? ) · Δ I b d c 1 となる。よって、

A I b = A I e d c 2 + A I b d c l

= Δ I b d c 1 - { 1 + β ■ ( 1 + j3 ) }

= Δ I b d c 1 · ( 1 + j3 + /3² )

より、 Δ I b d c 1は次式となる。

AIbdcl= ^AIb ，

1 + β + β² その際のカレントミラ一を構成する N P Nバイポーラトランジスタ 1 1の電圧降下、すなわち出力電圧 V bの電圧降下 A Vbは以下の式となる。

但し、 nは補正係数、 kはボルツマン係数、 Tは絶対温度、 qは電荷、 I sは飽和電流である。

以上より、上述の従来の技術の高周波増幅装置においては、高周波入力信号 P i nが増加してペース整流電流 Δ I bが発生した際に、ペース電圧 V bが△ V bなる電圧降下を生じ、その結果として、高周波入力信号 P i nが増加した場合に、高周波増幅器 1のバイアス級が B級に近づき、飽和出力電力、効率が低下するという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高周波入力信号が増加してペース整流電流が発生しても、高効率を維持することができる高周波増幅装置を得ることを目的とする。発明の開示

この発明に係る高周波増幅装置は、第 1および第 2の抵抗と第 3の N P Nパイポーラトランジスタとの間に、第 3の N P Nバイポーラトランジス夕のコレクタ電流を基準電流とし、かつ、第 2の N P Nバイポーラトランジスタのコレクタ電流を決定する力レントミラーを構成する第 1 および第 2の P N Pバイポーラトランジスタを備えたものである。

このことによって、カレントミラ一を構成する第 1および第 2の P N Pパイポーラトランジスタのサイズ比を、電圧降下がちょうど 0もしくは限りなく 0に近い値となるように設計することにより、高周波入力信号が増加してベース整流電流が発生した際にベース電圧の電圧降下を抑圧し、結果として高出力、高効率を得ることができる効果がある。

また、カレントミラ一を構成する第 1および第 2の P N Pバイポーラトランジスタのサイズ比を可変することにより、高周波入力信号が増加してペース整流電流が発生した際にベース電圧を上昇させたり、一定に .したり、減少させたり、調整することができる効果がある。

この発明に係る高周波増幅装置は、第 1および第 2の抵抗と第 3の N P Nバイポーラトランジスタとの間に、第 3の N P Nバイポーラトランジス夕のコレクタ電流を基準電流とし、かつ、第 2の N P Nバイポーラトランジスタのコレク夕電流を決定する力レントミラーを構成する第 1 および第 2の P M O S トランジスタを備えたものである。

このことによって、カレントミラ一を構成する第 1および第 2の P M O S トランジスタのサイズ比を、電圧降下がちょうど 0もしくは限りなく 0に近い値となるように設計することにより、高周波入力信号が増加してペース整流電流が発生した際に、ペース電圧の電圧降下を抑圧し、結果として高出力、高効率を得ることができる効果がある。

また、カレントミラ一を構成する第 1および第 2の P M O S トランジス夕のサイズ比を可変することにより、高周波入力信号が増加してベ一ス整流電流が発生した際に、ベース電圧を上昇させたり、一定にしたり、減少させり、調整することができる効果がある。図面の簡単な説明

第 1図は従来の高周波増幅装置を示す回路図である。

第 2図はこの発明の実施の形態 1による高周波増幅装置を示す回路図である。

第 3図はこの発明の実施の形態 2による高周波増幅装置を示す回路図である。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態 1.

第 2図はこの発明の実施の形態 1による高周波増幅装置を示す回路図であり、図において、 1は B J T、 HB T等の NPNバイポーラトランジス夕を増幅素子として用いた高周波増幅器、 2はその高周波増幅器 1 にべ一スバイァス電圧を供給する定電圧バイァス回路である。

高周波増幅器 1において、 3は B J T、 H B T等の N P Nバイポーラトランジスタ（第 1の NPNバイポーラトランジスタ）、 4はその NP Nバイポーラトランジスタ 3のエミッ夕端子に接続されたグランド、 5 は高周波信号入力端子、 6は高周波信号出力端子、 7はベースバイアス端子、 8はコレクタバイアス端子である。

また、定電圧バイアス回路 2において、 1 1は高周波増幅器 1の NP Nバイポーラトランジスタ 3と共にカレントミラーを構成する B J T、 HB T等の NPNバイポーラトランジスタ（第 2の NPNバイポーラトランジス夕）であり、そのベース端子がペースバイアス端子 7に接続され、そのエミッ夕端子がグランド 4に接続されたものである。 1 2はべ —ス電流補償用の B J T、 H B T等の N P Nバイポーラトランジスタ（第 3の NPNバイポーラトランジスタ）であり、そのべ一ス端子が NP Nバイポーラトランジスタ 1 1のコレクタ端子に接続され、そのエミヅ夕端子が N P Nバイポーラトランジスタ 1 1のべス端子に接続されたものである。

さらに、 2 0は NPNバイポーラトランジスタ 1 2のコレクタ電流を基準電流とし、かつ、 NPNバイポーラトランジスタ 1 1のコレクタ電流を決定するカレントミラー、 2 1 , 2 2はそのカレントミラーを構成する B J T、 H B T等の P N Pバイポーラトランジスタ（第 1および第 2の PNPバイポーラトランジスタ）であり、 PNPバイポ一ラトランジス夕 2 1， 2 2のベース端子同士が接続され、かつ、 PNPバイポーラトランジス夕 2 1のべ一ス端子とコレクタ端子が共に N P Nバイポ一ラトランジスタ 1 2のコレクタ端子に接続され、 P N Pバイポーラトランジス夕 2 2のコレク夕端子は、 NPNパイポーラトランジスタ 1 2のベース端子に接続されたものである。

1 3は PNPバイポーラトランジスタ 2 1のエミヅ夕端子と電源供給 /電圧設定端子 1 5との間に接続された抵抗（第 1の抵抗）、 1 4は P NPバイポーラトランジスタ 2 2のエミッ夕端子と電源供給/電圧設定端子 1 5との間に接続された抵抗（第 2の抵抗）、 4 1は P N Pバイポ —ラトランジス夕 22のコレクタ端子と電源供給電圧設定端子 1 5との間に接続された抵抗、 42は抵抗 4 1で構成された起動回路である。次に動作について説明する。

高周波信号 P i nは、高周波信号入力端子 5より高周波増幅器 1に入力され、その高周波増幅器 1で増幅された後、高周波信号出力端子 6より出力される。ベース電圧 Vbおよびべ一ス電流 I b r f は、定電圧べ —スバイアス回路 2より供給され、コレク夕電流 I c r f およびコレク夕電圧 V cはコレクタバイァス端子 8より供給される。

定電圧バイァス回路 2においてベース電圧 V bおよびべ一ス電流 I b r f は以下のように決定される。ここで、仮に、高周波増幅器 1の NP Nバイポーラトランジスタ 3と共にカレントミラ一を構成する NPNバィポーラトランジスタ 1 1のサイズを 1、高周波増幅器 1の N P Nバイポーラトランジスタ 3のサイズを N、ペース電流補償用の N P Nバイポ —ラトランジス夕 1 2のサイズを Mとする。また、これら 3つの NP N バイポーラトランジスタ 3 , 1 1， 1 2は同じ構造のものであるとし、電流増幅率を /?とする。さらに、カレントミラ一 2 0を構成する P N P バイポーラトランジスタ 2 1， 2 2のサイズ比を第 2図に示すように 1 ： Aとし、電流増幅率を /? 2とする。さらに、接点電圧 V r e f 、電流 I r e f 、 I c d c l、 I b d c l、 I c d c 2、 I e d c 2、 I b d c 2、 I b r f 、 I c r f 、抵抗 R r e f を第 2図に示すように定義する o

定電圧バイァス回路 2の電源供給/電圧設定端子 1 5より電源電圧 V p cが印加された場合の N P Nバイポーラトランジスタ 3 , 1 1からなるカレントミラ一の基準電流 I r e f は、 PNPバイポ一ラトランジス夕 2 2のペース一エミッ夕間電圧を Vb p npとすると、

I r e f = ( V p c - 2 - Vb -Vb p np) /R r e f

で与えられる。この基準電流 I r e f に対して、高周波増幅器 1の N P Nバイポーラトランジスタ 3のコレクタ電流 I c r f は、

Icrf = ~——Iref

1+ N

β·(ι+β) となる。その際に、高周波増幅器 1の Ν Ρ Νバイポーラトランジスタ 3 のべ一スバイァス電圧 V bは、

V b = (V p c - I r e f - R r e f -V b p n p ) / 2

I b r f = I c r f / β

このようにして、定電圧バイアス回路 2の出力として、ベース電圧 V b、ペース電流 I bを供給する。なお、電源供給/電圧設定端子 1 5 より、抵抗 4 1で構成される起動回路 4 2 を介して、 N P Nバイポーラトランジス夕 1 1のコレクタ端子と P N Pバイポーラトランジスタ 2 2のコレクタ端子とを接続した点へ起動電圧が供給されることにより、定電圧バイァス回路 2は起動する。

第 2図において、高周波増幅器 1の入力電力が増加し、 A l bなるベ —ス整流電流が発生し、結果として、定電圧ベースバイアス回路 2から出力されるベース電流 I b r f が△ I bだけ増加した場合について検討する。ベース電流 I b r f が Δ I bだけ増加した場合の各電流の変化量は以下の関係となる。

A I b = A I e d c 2 + A I b d c l

A I e d c 2 = ( 1 + β) · Δ I b d c 2

A I c d c 2 = ? - 厶 I b d c 2

A I c d c l = - ? - A I b d c l

Alref = ^-^-AIcdc2

β2 + 2

△ I b d c 2 = A I r e f —厶 I c d c l

これより、

A I b d c 2 = A I r e f - A I c d c l Α·β2

AIcdc2 + -AIbdcl

β2 + 2

Α·β2·β

AIbdc2 + -AIbdcl

β2 + 2—

Α·β2·β、

AIbdc2 = -AIbdcl

β2 + 2 よって、 β

△Ibdc2： △Ibdcl

Α·β2·β

β2 + 2 一方、

A I b = A I e d c 2 + A I b d c

= A I b d c l + 1 + β) Δ I b d c 2

= Albdcl +

. Α·β2¹)。 Albdcl

·β

β2 + 2

β2 + 2 - Α·β2·β

Mb

β2 + 2-Α·β2·β + β·(β + ΐ)·(β2 + 2) その際のカレントミラ一を構成する Ν Ρ Νバイポーラトランジスタ 1 1の電圧降下、すなわち出力電圧 Vbの電圧降下 AVbは以下の式となる

ズ

但し、 ηは補正係数、 kは絶対温度、 Tはボルヅマン係数、 qは電荷、 I sは飽和電流である。

従って、一般的には^ 2 + 2く Α · ? 2 · ?となるので、 AVb > 0 となる。

以上により、この発明に係わる実施の形態 1による高周波増幅装置においては、高周波入力信号 P i nが増加してペース整流電流 Δ I bが発生した際に、ベース電圧 Vbが AVbだけ電圧が上昇する。その結果として、高周波入力信号 P i nが増加した場合に高周波増幅器 1のバイァス級が A級に近づき、飽和出力電力、効率を増加することができる。

また、第 2図の高周波増幅器 1のべ一スバイアス端子 7と定電圧パイァス回路 2の間に、一般的にはアイソレーションのために抵抗を挿入する場合が多いが、その場合には、抵抗の値によっては、高周波入力信号 P i nが増加してベース整流電流 Δ I bが発生した際に、ベース電圧 V bを上昇させたり、一定にしたり、減少させたり、調整することが可能となる。また、カレントミラ一 2 0を構成する P N Pバイポ一ラトランジス夕 2 1 , 2 2のサイズ比 Aを調整することにより、高周波入力信号 P i nが増加してベース整流電流 Δ I bが発生した際に、ベース電圧 V bを上昇させたり、一定にしたり、減少させたり、調整することができる

ただし、高周波入力信号 P i nが増加してベース整流電流 Δ I bが発生した際に、ペース電圧 Vbが AVbだけ上昇させた場合には、ペース電圧 V bが増加することにより、高周波増幅器 1に流れるベース電流 I bがさらに増加し、それにより、さらにベース電圧 Vbが増加するという繰り返しにより発散する可能性がある。そのため、ベースバイアス端子 7と定電圧バイァス回路 2との間に、一般的に挿入するアイソレーション抵抗、カレントミラ一 2 0を構成する PNPバイポーラトランジス夕 2 1 , 2 2のサイズ比 Aを、電圧降下 AVbがちょうど 0もしくは限りなく 0に近い値となるように設計することにより、高周波入力信号 P i nが増加してベース整流電流 Δ I bが発生した際に、ペース電圧 Vb の電圧降下を抑圧し、結果として高出力、高効率を得ることができる。実施の形態 2.

第 3図はこの発明の実施の形態 2による高周波増幅装置を示す回路図であり、図において、 3 0は NPNバイポーラトランジスタ 1 2のコレクタ電流を基準電流とし、かつ、 NPNバイポーラトランジスタ 1 1のコレクタ電流を決定するカレントミラー、 3 1 , 3 2はそのカレントミラーを構成する PMO S トランジスタ（第 1および第 2の PMO S トランジス夕）であり、 PMO S トランジスタ 3 1， 32のゲ一ト端子同士が接続され、かつ、 PMO S トランジスタ 3 1のゲート端子とドレイン端子が共に NP Nバイポーラトランジスタ 1 2のコレクタ端子に接続され、 PMO S トランジスタ 3 2のドレイン端子は、 NPNバイポーラトランジス夕 1 2のベース端子に接続されたものである。

なお、抵抗（第 1の抵抗） 1 3は、 PMO S トランジスタ 3 1のソ一ス端子と電源.供給 Z電圧設定端子 1 5との間に接続され、抵抗（第 2の抵抗） 1 4は、 P MO S トランジスタ 3 2のソース端子と電源供給/電圧設定端子 1 5との間に接続され、抵抗 4 1は、 PMO S トランジスタ 32のドレイン端子と電源供給/電圧設定端子 1 5との間に接続されたものである。また、起動回路 42は抵抗 4 1によって構成される。

次に動作について説明する。

高周波信号 P i nは、高周波信号入力端子 5より高周波増幅器 1に入力され、その高周波増幅器 1で増幅された後、高周波信号出力端子 6より出力される。ベース電圧 Vbおよびべ一ス電流 I b r f は、定電圧バィァス回路 2より供給され、コレクタ電流 I c r f およびコレクタ電圧 V cはコレクタバイアス端子 8より供給される。

定電圧バイァス回路 2においてベース電圧 Vbおよびベース電流 I b r f は以下のように決定される。ここで、仮に、高周波増幅器 1の NP Nバイポーラトランジスタ 3と共にカレントミラ一を構成する NPNバィポーラトランジスタ 1 1のサイズを 1、高周波増幅器 1の N P Nバイポーラトランジスタ 3のサイズを N、ベース電流補償用の N P Nバイポ一ラトランジス夕 1 1のサイズを Mとする。また、これら 3つの NP N バイポーラトランジスタ 3， 1 1， 1 2は同じ構造のものであるとし、電流増幅率を/?とする。さらに、カレントミラ一 30を構成する P M 0 S トランジスタ 3 1， 32のサイズ比を第 3図に示すように 1 : Bとする。さらに、接点電圧 V r e f 、電流 I r e f 、 I c d c l、 I b d c 1、 I c d c 2、 I e d c 2、 I b d c 2、 I b r f , I c r f , 抵抗 R r e f を第 3図に示すように定義する。

定電圧バイァス回路 2の電源供給/電圧設定端子 1 5より電源電圧 V p cが印加された場合の N P Nバイポ一ラトランジス夕 3， 1 1からなるカレントミラ一の基準電流 I r e f は、 PMO S トランジスタ 3 2のゲ一トーソース間電圧を Vg sとすると、

I r e f = (Vp c— 2 - V b - V g s ) /R r e f

で与えられる。この基準電流 I r e f に対して、高周波増幅器 1の NP Nバイポーラトランジスタ 3のコレクタ電流 I c r f は、

となる。その際に、高周波増幅器 1の Ν Ρ Νバイポーラトランジスタ 3 のペースバイァス電圧 V bは、

V b = (Vp c - I r e f - R r e f -Vg s) /2

I b r f = I c r f / ?

このようにして、定電圧バイアス回路 2の出力として、ベース電圧 V b、ベース電流 I bを供給する。なお、電源供給/電圧設定端子 1 5より、抵抗 4 1で構成される起動回路 42を介して、 NPNパイポ一ラトランジス夕 1 1のコレクタ端子と PMO S トランジスタ 3 2の .ドレイン端子とを接続した点へ起動電圧が供給されることにより、定電圧バイァス回路 2は起動する。

第 3図において高周波増幅器 1の入力電力が増加し、 A l bなるベ一ス整流電流が発生し、結果として、定電圧バイアス回路 2から出力されるべ一ス電流 I b r f が△ I bだけ増加した場合について検討する。ベース電流 I b r f が Δ I bだけ増加した場合の各電流の変化量は以下の関係となる。

A I b=A I e d c 2 +A I b d c l

A I e d c 2 = ( l +^) · Δ I b d c 2

厶 I c d c 2 = ? - A I b d c 2

A I c d c l =- ? - A I b d c l

Δ I r e f = B · Δ I c d c 2

A I b d c 2 =A I r e f -A I c d c l

これより、 A I b d c 2 = A I r e f - A I c d c l

= Β · Δ Ι ο (1 ο 2 + ? · 厶 I b d c

( 1— B ) . A l b d c S - ? . 厶 I b d c l よって、 β

AIbdc2 = △Ibdcl

-B 一方、

△ I b = A I e d c 2 + A I b d c = Δ I b d c 1 + ( 1 + β ) 厶 I b d c 2 ^AIbdcl + ^^AIbdcl

B

1+ Albdcl

よって

Albdcl■■ Alb

1+

B

1-B

Alb

β² +β-Β + 2 その際のカレントミラーを構成する N P Nバイポーラトランジスタ 1 1の電圧降下、すなわち出力電圧 Vbの電圧降下 ^V bは以下の式となる o

従って、 B > 1 とすれば、 A V b > 0 となり、 B = lならば、 AV b = 0、 B< 1ならば、 AVbく 1となる。

以上により、この発明に係わる実施の形態 2による高周波増幅装置においては、カレントミラ一 3 0の PMO S トランジスタ 3 1 , 3 2のサィズ比を B> 1 とすることで、高周波入力信号 P i nが増加してベース整流電流△ I bが発生した際に、ペース電圧 Vbが Δ Vbだけ電圧が上昇させることができる。その結果として、高周波入力信号 P i nが増加した場合に高周波増幅器 1のバイアス級が A級に近づき、飽和出力電力、効率を増加することができる。

また、カレントミラ一 2 0の PMO S トランジスタ 3 1， 3 2のサイズ比を: B = 1とすることで、高周波入力信号 P i nが増加してベース整流電流 Δ I bが発生した際に、ベース電圧 V bの電圧降下を 0とすることができる。結果として、高周波入力信号 P i nが増加した場合に高周波増幅器 1のバイアス級を一定とすることができ、飽和出力電力、効率を増加することができる。

このように、カレントミラ一 3 0の PMO S トランジスタ 3 1， 3 2 のサイズ比 Bだけを変えることにより、高周波入力信号 P i nが増加してベース整流電流 Δ I bが発生した際に、ベース電圧 Vbを増加することも、一定にすることも、減少させることもでき、調整することができる。

また、第 3図の高周波増幅器 1のペースバイアス端子 7と定電圧バイァス回路 2との間に、一般的にはアイソレーションのために抵抗を揷入する場合が多い。その場合にも、抵抗による電圧降下分を補償するだけ、カレントミラ一 3 0の PMO S トランジスタ 3 1 , 3 2のサイズ比 B を大きくすることにより、上述で述べた特性を全て実現することが可能である。

但し、高周波入力信号 P i nが増加してペース整流電流 Δ I bが発生した際に、ベース電圧 Vbが AVbだけ電圧が上昇させた場合には、ベース電圧 V bが増加することにより、高周波増幅器 1に流れるペース電流 l bがさらに増加し、それにより、さらにベース電圧 Vbが増加するという繰り返しにより発散する可能性がある。

そのため、高周波増幅器 1のべ一スバイアス端子 7と定電圧バイァス回路 2との間に、一般的に挿入するアイソレーション抵抗と力レントミラ一 3 0を構成する PMO S トランジスタ 3 1 , 32のサイズ比 Bを、電圧降下 Δ V bがちょうど 0もしくは限りなく 0に近い値となるように設計することにより、高周波入力信号 P i nが増加してベース整流電流 Δ I bが発生した際にべ一ス電圧 Vbの電圧降下 AVbを抑圧し、結果として高出力、高効率を得ることができる。産業上の利用可能性

以上のように、この発明に係る高周波増幅装置は、カレントミラ一を構成するトランジスタのサイズ比を調整することにより、高周波入力信号が増加しベース整流電流が発生した際にベース電圧を調整することができ、衛星通信、地上マイクロ波通信、移動体通信等に用いるのに適している。

Claims

請求の範囲

1. 第 1の NPNバイポーラトランジスタを増幅素子'とした高周波増幅器と、上記高周波増幅器にベースバイァス電圧を供給する定電圧バイァス回路とを備えた高周波増幅.装置において、上記定電圧バイァス回路は、上記第 1の NPNバイポーラトランジスタと共にカレントミラ一を構成する第 2の NPNバイポーラトランジスタと、上記カレントミラ一のベース電流を補償する第 3の N P Nバイポーラトランジスタと、上記第 3の NPNバイポーラトランジスタのコレクタ電流を基準電流とし、かつ、上記第 2の NPNバイポーラトランジスタコレク夕電流を決定するカレントミラ一を構成する第 1およぴ第 2の PNPバイポ一ラトランジス夕と、上記第 1および第 2の PNPバイポーラトランジスタのコレクタ端子と電源供給/電圧設定端子との間に挿入された第 1および第 2 の抵抗とを備えたことを特徴とする高周波増幅装置。

2. 第 1の NPNバイポーラトランジスタを増幅素子とした高周波増幅器と、上記高周波増幅器にベースバイァス電圧を供給する定電圧バイァス回路とを備えた高周波増幅装置において、上記定電圧バイアス回路は、上記第 1の NPNバイポーラトランジスタと共にカレントミラーを構成する第 2の NPNバイポーラトランジスタと、上記カレントミラーのベース電流を補償する第 3の N P Nバイポーラトランジスタと、上記第 3の NPNバイポーラトランジスタのコレクタ電流を基準電流とし、かつ、上記第 2の N P Nバイポーラトランジスタのコレクタ電流を決定するカレントミラ一を構成する第 1および第 2の PMO S トランジスタと、上記第 1および第 2の PMO S トランジス夕のソース端子と電源供給電圧設定端子との間に挿入された第 1および第 2の抵抗とを備えたことを特徴とする高周波増幅装置,