高频功率放大装置.pdf

本发明揭示一种高频功率放大装置，具有：高频功率放大用晶体管(2)、对高频功率放大用晶体管的基极供给偏流的偏流供给电路(51)、以及连接在所述高频功率放大用晶体管的基极与偏流供给电路之间的偏流控制电路(52)，并且所述偏流控制电路连接到高频功率放大用晶体管的电源(32)，从而实现低功率时的高频功率放大装置高效率化，而且改善低功率时的功率放大器温度特性。

1、  一种高频功率放大装置，其特征在于，包含
高频功率放大用晶体管、
对高频功率放大用晶体管的基极供给偏流的偏流供给电路、以及
连接在所述高频功率放大用晶体管的基极与偏流供给电路之间的偏流控制电路，
将所述偏流控制电路构成与高频功率放大用晶体管的电源电压对应地控制高频功率放大用晶体管的偏流。

2、  一种高频功率放大装置，其特征在于，包含
高频功率放大用晶体管、
对高频功率放大用晶体管的基极供给偏流的偏流供给电路、以及
连接在所述高频功率放大用晶体管的基极与偏流供给电路之间的偏流控制电路，
将所述偏流控制电路构成与高频功率放大用晶体管的电源电压对应地控制高频功率放大用晶体管的偏流，
所述偏流控制电路具有
集电极连接在所述偏流供给电路的输出与高频功率放大用晶体管的基极之间的偏流控制用晶体管、以及
集电极连接在所述偏流控制用晶体管的基极的反相器用晶体管，
并且将所述反相器用晶体管的基极连接到高频功率放大用晶体管的电源。

3、  一种高频功率放大装置，其特征在于，包含
高频功率放大用晶体管、
对高频功率放大用晶体管的基极供给偏流的偏流供给电路、以及
连接在所述高频功率放大用晶体管的基极与偏流供给电路之间的偏流控制电路，
将所述偏流控制电路构成与高频功率放大用晶体管的电源电压对应地控制高频功率放大用晶体管的偏流，
所述偏流控制电路具有
集电极连接在所述偏流供给电路的输出与高频功率放大用晶体管的基极之间的偏流控制用晶体管、
集电极连接所述偏流控制用晶体管的基极的反相器用晶体管、以及
发射极连接所述反相器用晶体管的基极的晶体管，
将所述晶体管的集电极连接到高频功率放大用晶体管的电源，并且对所述晶体管的基极施加功率控制信号。

4、  如权利要求2中所述的高频功率放大装置，其特征在于，
通过电阻连接所述偏流控制用晶体管的基极与集电极。

5、  如权利要求3中所述的高频功率放大装置，其特征在于，
通过电阻连接所述偏流控制用晶体管的基极与集电极。

6、  如权利要求2中所述的高频功率放大装置，其特征在于，
通过电阻连接所述偏流控制用晶体管的基极与发射极。

7、  如权利要求3中所述的高频功率放大装置，其特征在于，
通过电阻连接所述偏流控制用晶体管的基极与发射极。

8、  如权利要求2中所述的高频功率放大装置，其特征在于，
通过电阻连接所述偏流控制用晶体管的基极与集电极，并且通过电阻连接所述偏流控制用晶体管的基极与发射极。

9、  如权利要求3中所述的高频功率放大装置，其特征在于，
通过电阻连接所述偏流控制用晶体管的基极与集电极，并且通过电阻连接所述偏流控制用晶体管的基极与发射极。

10、  如权利要求2中所述的高频功率放大装置，其特征在于，
所述偏流控制用晶体管的发射极上串联连接肖特基二极管或PN结二极管。

11、  如权利要求3中所述的高频功率放大装置，其特征在于，
所述偏流控制用晶体管的发射极上串联连接肖特基二极管或PN结二极管。

12、  如权利要求4中所述的高频功率放大装置，其特征在于，
所述偏流控制用晶体管的发射极上串联连接肖特基二极管或PN结二极管。

13、  如权利要求5中所述的高频功率放大装置，其特征在于，
所述偏流控制用晶体管的发射极上串联连接肖特基二极管或PN结二极管。

14、  如权利要求6中所述的高频功率放大装置，其特征在于，
所述偏流控制用晶体管的发射极上串联连接肖特基二极管或PN结二极管。

15、  如权利要求7中所述的高频功率放大装置，其特征在于，
所述偏流控制用晶体管的发射极上串联连接肖特基二极管或PN结二极管。

16、  如权利要求8中所述的高频功率放大装置，其特征在于，
所述偏流控制用晶体管的发射极上串联连接肖特基二极管或PN结二极管。

17、  如权利要求9中所述的高频功率放大装置，其特征在于，
所述偏流控制用晶体管的发射极上串联连接肖特基二极管或PN结二极管。

18、  一种多级高频功率放大器，连接多级高频功率放大装置而构成，其特征在于，
所述多级中的至少一级以上的高频功率放大装置包含
高频功率放大用晶体管、
对高频功率放大用晶体管的基极供给偏流的偏流供给电路、以及
连接在所述高频功率放大用晶体管的基极与偏流供给电路之间的偏流控制电路，
并且使所述偏流控制电路对应于高频功率放大用晶体管的电源电压，控制高频功率放大用晶体管的偏流。

高频功率放大装置
发明领域
本发明涉及用于移动通信设备等的功率放大器的高频功率放大装置。尤其涉及减小低功率输出时的耗电的这种放大器的高频功率放大装置。
发明背景
近年来，以便携电话为代表的移动通信设备，快速发展到小型化、长通话时间化。因此，占通话时耗电的大半部分的发送用功率放大器中，强烈要求进一步高效率化。
尤其在以CDMA(码分多址)为代表的近年的通信制式中，具有功率控制功能。该功能在接近基站的距离中存在终端时，该终端降低发送功率，进行对基站的通信(低功率模式)。
这时，发送用功率放大器成为从高功率输出(约27.0dBm)切换到低功率输出(约13dBm)。在该低功率时，发送用功率放大器在能取得充分线性的范围进行工作。因此，又能维持线性，又能降低偏置点(减小工作电流)。于是，在移动通信终端中，为了谋求高效率化，有图9那样的构成。
图9中，1是偏流供给用晶体管，2是高频功率放大用晶体管、11、12、13和16是电阻，14和15是温度补偿用的肖特基二极管、31是决定偏流供给用晶体管1的基极电位的Vctrl电压，32是对功率放大亚晶体管2的集电极提供电位的Vcc电压。由Vctrl电压31、偏流供给用晶体管1、电阻11、12、13和16、以及肖特基二极管14和15产生的基极电流决定功率放大用晶体管2的集电极的空载电流值，并且使Vctrl可变，以控制高频功率放大用晶体管2的偏置点。
图10是日本国专利公开2003-51720公报揭示的装置，为了改善图9的控制特性，在偏流供给用晶体管1的发射极上新添功率控制用晶体管3、电阻21和22，并通过电阻21对功率控制用晶体管3的基极施加功率控制电压33。根据这种组成，通过施加功率控制电压33，可减小低功率时的功率放大用晶体管2的集电极的空载电流值。
然而，图9所示的功率放大器用偏置电路中，在低功率时通过控制Vctrl，对高频功率放大用晶体管2的工作电路进行控制(限制)的情况下，需要以百mV单位控制Vctrl(例如从2.8V控制到2.7V)，控制困难，存在需要特殊电路或外部精度高的调压器的问题。图9所示的电路利用二极管14、15补偿高频功率放大用晶体管2的温度特性，进行工作，但在低功率时用Vctrl电压31控制(限制)高频功率放大用晶体管2的工作电流的情况下，二极管14、15中流通的电流减小，因而存在温度补偿效果降低的问题。
图10所示的例子提出解决上述课题的方案，但除需要Vctrl电源31、高频功率放大用晶体管2的电源32外，还需要偏流控制用的电源33，控制成为复杂的组成结构。而且，效率改善效果也仅基于偏流控制。
发明内容
本发明的目的是解决上述课题，进而提供一种电流控制(限制)的控制性良好而且组成简单的高频功率放大装置，能实现低功率时的功率放大装置大幅度高效率化。
本发明的高频功率放大装置，包含：高频功率放大用晶体管、对高频功率放大用晶体管的基极供给偏流的偏流供给电路、以及连接在所述高频功率放大用晶体管的基极与偏流供给电路之间的偏流控制电路，将所述偏流控制电路构成与高频功率放大用晶体管的电源电压对应地控制高频功率放大用晶体管的偏流。根据这种组成，可大幅度改善低功率时的效率。而且，利用偏流控制电路的办法，可实现低功率时的期望效率特性。利用偏流控制电路的办法，还能添加低功率时的温度补偿功能，可大幅度改善低功率时的功率放大器温度特性。
又，偏流控制电路具有集电极连接在所述偏流供给电路的输出与高频功率放大用晶体管的基极之间的偏流控制用晶体管、以及集电极连接在所述偏流控制用晶体管的基极的反相器用晶体管，并且将所述反相器用晶体管地基极连接到高频功率放大用晶体管的电源。根据这种组成，低功率时降低高频功率放大用晶体管的电源电压，偏流控制用晶体管进行工作，从而能减小高频功率放大用晶体管的工作电流。
又，偏流控制电路具有集电极连接在所述偏流供给电路的输出与高频功率放大用晶体管的基极之间的偏流控制用晶体管、集电极连接所述偏流控制用晶体管的基极的反相器用晶体管、以及发射极连接所述反相器用晶体管的基极的晶体管，将所述晶体管的集电极连接到高频功率放大用晶体管的电源，并且对所述晶体管的基极施加功率控制信号。根据这种组成，低功率时降低高频功率放大用晶体管的电源电压，偏流控制用晶体管进行工作，从而能减小高频功率放大用晶体管的工作电流。利用添加减小耗电用的晶体管，还能减小偏流控制电路的耗电。
又，通过电阻连接所述偏流控制用晶体管的基极与集电极。根据这种组成，通过对工作电流相对于偏流控制用晶体管的基极端子电压的变化改变电阻的值，能取得任意的电流依存性。
又，通过电阻连接所述偏流控制用晶体管的基极与发射极。根据这种组成，通过对工作电流相对于偏流控制用晶体管的基极端子电压的变化改变电阻的值，能取得任意的电流依赖性。
又，通过电阻连接所述偏流控制用晶体管的基极与集电极，并通过电阻连接所述偏流控制用晶体管的基极与发射极。根据这种组成，通过对工作电流相对于偏流控制用晶体管的基极端子电压的变化改变电阻的值，能取得任意的电流依赖性。
又，在所述偏流控制用晶体管的发射极串联连接肖特基二极管或PN结二极管。根据这种组成，对偏流控制用晶体管的基极施加电压，谋求减小高频功率放大用晶体管的电流时，取得PN结二极管发挥补偿功率放大用晶体管温度特性变动的温度补偿功能的作用。而且，使用肖特基二极管代替PN结二极管时取得发挥更强的温度补偿功能的作用。
本发明的多级高频功率放大器，是在由至少2级以上构成的多级高频功率放大器中，至少设置1个以上任何上文所述的高频功率放大装置。
附图说明
图1是本发明高频功率放大装置的组成图。
图2A、图2B是本发明实施方式1的高频功率放大装置的电路图以及示出电源电压与空载电流的依存性的特性图。
图3A、图3B是本发明实施方式2的高频功率放大装置的电路图以及示出电源电压与空载电流的依存性的特性图。
图4A、图4B是本发明实施方式3的高频功率放大装置的电路图以及示出电源电压与空载电流的依存性的特性图。
图5A、图5B是本发明实施方式4的高频功率放大装置的电路图以及示出电源电压与空载电流的依存性的特性图。
图6A、图6B是本发明实施方式5的高频功率放大装置的电路图以及示出电源电压与空载电流的依存性的特性图。
图7A、图7B是本发明实施方式6的高频功率放大装置的电路图以及示出电源电压与空载电流的温度依存性的特性图。
图8是本发明实施方式7的多级高频功率放大器的电路图。
图9是已有的高频功率放大器的电路图。
图10是另一已有例的电路图。
具体实施方式
下面，根据图1～图8说明本发明各实施方式。
实施方式1
图1、图2A、图2B示出本发明的实施方式1。
图1示出实施方式1的高频功率放大装置61，具有：高频功率放大用晶体管2、偏流供给电路51、以及偏流控制电路52。通过Vctrl端子62对偏流供给电路51施加Vctrl电压31、并从电源32通过电源电压端子63对高频功率放大用晶体管2的集电极施加电源电压。也从电源32对偏流控制电路52的控制信号输入端施加电源电压。
图2A示出其具体电路图。
高频功率放大用晶体管2的集电极连接电源电压端子63，高频功率放大用晶体管2的发射极连接基准电位。
偏流供给电路51构成在Vctrl端子62与基准电位之间串联连接电阻16和温度补偿用的肖特基二极管14和电阻11，并将偏流供给用晶体管1的基极连接到电阻16与二极管14的连接点，在偏流供给用晶体管1的发射极与所述基准电位之间串联连接温度补偿用的肖特基二极管15，将偏流供给用晶体管1的集电极连接Vctrl端子62，通过电阻13将偏流供给用晶体管1的发射极连接所述高频功率放大用晶体管2的基极。
偏流控制电路52构成具有偏流控制用晶体管3、以及使偏流控制用晶体管的控制信号反相的反相器用晶体管4，将偏流控制用晶体管3的集电极连接在偏流供给电路51的输出与高频功率放大用晶体管2的基极之间，具体而言，在偏流供给用晶体管1的发射极与电阻13的连接点上连接偏流控制用晶体管3的集电极，并通过电阻21将偏流控制用晶体管3的发射极连接基准电位，将偏流控制用晶体管3的基极连接反相器用晶体管4的集电极与电阻23的连接点，通过电阻25将反相器用晶体管4的发射极连接基准电位，以电阻24连接反相器用晶体管4的基极与发射极，将反相器用晶体管4的基极通过电阻22连接到电源电压端子63，通过电阻23将偏流控制用晶体管3的基极与反相器用晶体管4的集电极的连接点连接到Vctrl端子62。
41表示高频功率放大用晶体管2的空载电流，42表示高频功率放大用晶体管2的基极电流，43表示偏流控制用晶体管3的集电极电流。
从电源32通过电阻22对该偏流控制电路52的反相器用晶体管4的基极供电，Vctrl电压31通过电阻23对偏流控制用晶体管3的基极供电。
本实施方式1的高频功率放大装置61，在低功率时使电源电压32降低，从而反相器用晶体管4变成阻断状态。反相器用晶体管4成为阻断状态时，偏流控制用晶体管3成为导通状态，偏流控制用晶体管3的集电极电流43流通。因此，高频功率放大用晶体管2的基极电流42减小，结果使高频功率放大用晶体管的空载电流41减小。
图2B用实线A1示出空载电流41对高频功率放大用晶体管2的电源电压32的依存性，高频功率放大用晶体管的电源电压32在3V附近前一直呈现大空载电流，从3V到1V附近，电流减小，其后则空载电流稳定。
这样，通过控制高频功率放大用晶体管的电源电压32，可控制低功率时的电流，能同时实现电源电压减小带来的效率提高的效果和偏流控制带来的效率提高的效果，具有能达到高频功率放大装置大幅度高效率化的优越性。
实施方式2
图3A、图3B示出本发明的实施方式2，与图2A的不同点仅为在构成偏流控制电路52的一部分的反相器用晶体管4的基极电路添加减小偏流控制电路耗电用的晶体管5。
具体而言，晶体管5的发射极连接反相器用晶体管4的基极，集电极连接高频功率放大用晶体管2的电源；这里，通过电阻22将晶体管5的集电极连接到电源电压端子63。通过电阻26将晶体管5的基极连接施加作为功率控制信号的Vctrl电压31的Vctrl端子62。
根据这种组成，与本发明实施方式1相同，低功率时通过使高频功率放大用晶体管2的电源电压32降低，反相器用晶体管4变成阻断状态。反相器用晶体管4成为阻断状态时，偏流控制用晶体管3变成导通状态，偏流控制用晶体管3的集电极电流43流通，结果使高频功率放大用晶体管的空载电流41减小。
图3B示出高频功率放大用晶体管的空载电流41对高频功率放大用晶体管的电源电压32的依存性。呈现与图2B相同的依存性，即使在本实施方式2中，通过控制高频功率放大用晶体管的电源电压，可控制低功率时的电流，也能同时实现电源电压减小带来的功率提高的效果和偏流控制带来的效率提高的效果，可达到高频功率放大装置的大幅度高效率化。
进而，与实施方式1的组成对比，说明添加晶体管5和电阻26的效果。
高频功率放大装置阻断时，通过使决定偏流供给用晶体管1的基极电位的Vctrl电压31为0V，使高频功率放大装置为阻断状态，但实施方式1中，将Vctrl电压31取为0V时，也有从高频功率放大用晶体管32通过电阻22、24、25接地的路径，由于该路径流通电流，在阻断时偏流控制电路中的等待电流流通。另一方面，添加晶体管5和电阻26的实施方式2中，通过添加晶体管5，在Vctrl为0V时，晶体管5为阻断状态，切断从高频功率放大用晶体管的电源电压32接地的路径，阻断时没有偏流控制电路的等待电流，可减小偏流控制电路52的耗电。
实施方式3
图4A、图4B示出本发明的实施方式3，与图3A的不同点仅为在构成偏流控制电路52的一部分的偏流控制用晶体管3的基极与集电极之间连接电阻27。
根据这种组成，可通过改变电阻27的值控制高频功率放大用晶体管2的空载电流41的变化，结果可控制空载电流41对高频功率放大用晶体管的电源电压32的依存性。因此，通过改变电阻27的值，能取得期望的空载电流依存性。
进而，与实施方式2的组成的情况对比，具体说明添加电阻27的效果。
图4B中，用实线A示出实施方式2时的空载电流41对电源电压32的依存性，用虚线B示出图4A时的空载电流41对电源电压32的依存性。
如该图4B所示，通过添加电阻27，空载电流41对电源电压32的依存性缓和，其原因为：添加电阻27的情况下，偏流控制用晶体管3为导通状态时，对偏流控制用晶体管3的基极施加按电阻23与电阻27的分配比决定的电压。因此，与不添加电阻27时相比，偏流控制用晶体管3的基极电压变化缓和。这时，连接电阻27的高频功率放大用晶体管2的基极电压需要大于或等于晶体管门限值的电压，因而门限值电压不变。所以，图4B的空载电流的依存性如虚线B所示，比实线A平缓。
此外，本实施方式3中，举对图3A的组成添加电阻27的情况为例进行了说明，但同样用电阻27使图2A的组成中的偏流控制用晶体管3的基极与集电极之间连接，也能取得同样的效果。
实施方式4
图5A、图5B示出本发明的实施方式4，与图3A的不同点仅为在构成偏流控制电路52的一部分的偏流控制用晶体管3的基极与发射极之间连接电阻28。
根据这种组成，可通过改变电阻27的值控制高频功率放大用晶体管2的空载电流41对偏流控制用晶体管3的基极端子电压的变化，结果能控制空载电流41对高频功率放大用晶体管2的电源电压32的依存性。因此，通过改变电阻28的值，能取得期望的空载电流依存性。
进而，与实施方式2的组成的情况对比，具体说明添加电阻28的效果。
图5B中，用实线A示出实施方式2时的空载电流41对电源电压32的依存性，用点划线C示出图5A时的空载电流41对电源电压32的依存性。
如图5B所示，通过添加电阻28，空载电流41对电源电压32的依存性缓和，其原因为：添加电阻28的情况下，偏流控制用晶体管3为导通状态时，对偏流控制用晶体管3的基极施加按电阻23、28和电阻21的分压比决定的电压。因此，与不添加电阻28时相比，偏流控制用晶体管3的基极电压降低，因而如图5B所示，空载电流41的电源电压32依存性变成对实施方式2的依存性A往低电压方平行移位的形状。
本实施方式4中，举对图3A的组成添加电阻28的情况为例进行了说明，但同样用电阻28使图2A的组成中的偏流控制用晶体管3的基极与发射极之间连接，也能取得同样的效果。
实施方式5
图6A、图6B示出本发明的实施方式5，与图3A的不同点仅为在构成偏流控制电路52的一部分的偏流控制用晶体管3的基极与集电极之间连接电阻27，而且在偏流控制用晶体管3的基极与发射极之间连接电阻28。
根据这种组成，可通过改变电阻27、28的值控制高频功率放大用晶体管2的空载电流41对偏流控制用晶体管3的基极端子电压的变化，结果能控制空载电流41对高频功率放大用晶体管2的电源电压32的依存性。因此，通过改变电阻27、28的值，能取得期望的空载电流依存性。
进而，与实施方式2、实施方式3的组成的情况对比，具体说明添加电阻27、28的效果。
图6B中，分别用实线A、虚线B、点划线C示出实施方式2～实施方式4时的空载电流41对电源电压32的依存性，用点线D示出图6A时的空载电流41对电源电压32的依存性。
如该图6B所示，判明通过添加电阻27、28，取得对实施方式2组合实施方式3的效果和实施方式4的效果所得的效果。因此，能实现自由度更高的空载电流41对电源电压32的依存性。
本实施方式5中，举对图3A的组成添加电阻27、28的情况为例进行了说明，但同样用电阻27、28分别使图2A的组成中的偏流控制用晶体管3的基极与集电极之间、基极与发射极之间连接，也能取得同样的效果。
实施方式6
图7A、图7B示出本发明的实施方式6，与图3A的不同点仅为在构成偏流控制电路52的一部分的偏流控制用晶体管3的发射极上串联连接肖特基二极管29。
根据这种组成，在控制高频功率放大用晶体管2的电源电压32谋求减小空载电流41的情况下，肖特基二极管29进行工作，抵消高频功率放大用晶体管2的温度特性，取得减小空载电流41的温度变化的作用。为了说明实施方式6的特征，图7B示出空载电流的温度依存性。这里，虚线E1表示实施方式2在电源电压32高的高功率时的温度依存性，点划线E2表示实施方式2在低功率时的温度依存性，实线E3表示实施方式6在低功率时的温度依存性。
虚线E1所示的高功率时的温度依存性用偏流供给电路51内的肖特基二极管14、15和高频功率放大用晶体管2的温度补偿效应减小空载电流41的温度变化。然而，点划线E2所示的低功率时，该温度补偿的均衡破坏，形成高温时空载电流41增加的趋势。
另一方面，根据实线E3所示的实施方式6，肖特基二极管29进行工作，抵消低功率时的高频功率放大用晶体管2的温度特性，因而能大幅度改善空载电流41的温度变化。其它效果与实施方式2的相同。
这里，举使用肖特基二极管的情况为例进行了说明，但在偏流控制用晶体管3的发射极上串联连接PN结二极管，也能取得同样的温度补偿效果。
再者，这里举实施方式2的组成中添加肖特基二极管29的情况为例进行了说明，但在图2A、图4A、图5A或图6A的偏流控制用晶体管3的发射极上串联连接肖特基二极管29或PN结二极管，也能取得同样的温度补偿效果。
实施方式7
图8示出将实施方式2的高频功率放大装置做成2级的组成的多级高频功率放大器。
将输入到高频输入端子74的高频信号通过输入匹配电路71供给第1级高频功率放大装置61a的高频功率放大用晶体管2的基极，并通过级间匹配电路72将对其放大后在高频功率放大用晶体管2的集电极产生的高频信号供给第2级高频功率放大装置61b的高频功率放大用晶体管的基极进行放大后，在高频功率放大用晶体管2的集电极产生高频信号。该高频信号通过输出匹配电路73从高频输出端子75输出。
这里，将图3A所示的电路用作第1级和第2级两个高频功率放大装置61a、61b的偏流控制电路，因而能取得低功率时的大幅度效率改善。
这种多级高频功率放大器也能用于实施方式1、实施方式3～实施方式5，这时，也能取得同样的效果。
这里，第1级和第2级都用图3A所示的电路，但通过仅第2级使用本发明的高频功率放大装置，或前级和后级中使用不同的电路组成的高频功率放大装置，可优化高频功率放大器的特性。
本发明实现减小移动通信设备和装载该移动通信设备作为通信手段的各种设备的耗电，即使电源是蓄电池也能实现长时间稳定的通信。