專利名稱：功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種便攜電話等的移動體通信用的功率放大器。
背景技術(shù)：
目前，作為以CDMA (Code Division Multiple Access :碼分多址)為主的便攜電話用功率放大器，廣泛使用GaAs-HBT(Heterojunction Bipolar Transistor :異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)功率放大器(例如，參照專利文獻I)。該功率放大器在基站較為密集的都市中主要以中低輸出工作。為此，中低輸出工作時的工作效率的提高對便攜電話機的通話時間延長是有效的。因此，除高輸出工作(28dBm左右)時之外，中低輸出工作(O 17dBm左右)時的工作效率的提高變得重要。為了提高中低輸出工作時的工作效率，已知有利用DC/DC轉(zhuǎn)換器并根據(jù)輸出功率，降低放大兀件的集電極電壓的方法。圖16是表示放大元件的輸出功率與失真的關(guān)系的圖。圖17是表示放大元件的輸出功率與工作效率的關(guān)系的圖。當(dāng)降低集電極電壓(Vc_High — Vc_Mid)時，失真特性與效率變好。另外，雖然輸出功率越小失真特性越好，但工作效率下降。因此，通過降低集電極電壓，在滿足失真特性標準的范圍內(nèi)抑制輸出功率，從而改善工作效率。圖18和圖19是表示放大元件的失真的溫度特性的圖。輸出功率為17dBm。如圖18所示，在Vc_Mid時，當(dāng)失真的變動大時，由于幾乎不能降低集電極電壓，所以無法充分提高工作效率。因此，如圖19所示，在Vc_Mid時期望平坦性好的失真特性。另外，在功率放大器中，為了給放大元件供給偏壓，使用偏置電路。圖20和圖21是表示現(xiàn)有的偏置電路的圖。Trbl Trb5是HBT，Rbl Rb5是電阻，Vref是偏置電路的參考電壓端子，Vcb是偏置電路的集電極電源端子，Vbo是偏置電路的輸出端子。專利文獻I :日本特開2004-343244號公報。圖22是表示使用了圖20的偏置電路的功率放大器的無效電流的溫度特性的圖。這里，所謂無效電流是未輸入RF信號時的偏置電流。圖23是表示使用了圖20的偏置電路的功率放大器的失真的溫度特性的圖。圖24是表示使用了圖21的偏置電路的功率放大器的無效電流的溫度特性的圖。圖25是表示使用了圖21的偏置電路的功率放大器的失真的溫度特性的圖。從這些圖可知，圖20的這個偏置電路相對溫度變化的無效電流或失真的平坦性好。但是，在輸出功率或工作電流大的功率放大器中，使用圖21的偏置電路而非圖20的偏置電路。因此，在輸出功率或工作電流大的功率放大器中，在中低輸出工作時降低了放大元件的集電極電壓的情況下，相對溫度變化的失真的變動就變大。為此，存在通過降低集電極電壓來改善效率的效果受限的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述課題而做出的發(fā)明，其目的在于，得到一種即使在中低輸出工作時也能使工作效率充分提高的功率放大器。
涉及本發(fā)明的功率放大器的特征在于，具備放大元件，其具有輸入輸入信號的基極、施加集電極電壓的集電極、和發(fā)射極；以及偏置電路，其給所述放大元件的所述基極供給偏置電流，所述偏置電路具有當(dāng)所述集電極電壓變得比規(guī)定的閾值低時使所述偏置電流降低的偏置電流降低電路。發(fā)明效果
通過本發(fā)明，即使在中低輸出工作時也能使工作效率充分提高。


圖I是表示涉及本發(fā)明實施方式I的功率放大器的 圖2是表示涉及本發(fā)明實施方式I的偏置電路的 圖3是表示涉及本發(fā)明實施方式I的功率放大器的集電極電壓與無效電流的關(guān)系的
圖4是表示涉及本發(fā)明實施方式I的功率放大器的無效電流的溫度特性的 圖5是表示涉及本發(fā)明實施方式I的功率放大器的失真的溫度特性的 圖6是表示涉及本發(fā)明實施方式I的功率放大器的無效電流的溫度特性的 圖7是表示涉及本發(fā)明實施方式I的功率放大器的失真的溫度特性的 圖8是表示涉及本發(fā)明實施方式I的偏置電路的變形例I的 圖9是表示涉及本發(fā)明實施方式I的偏置電路的變形例2的 圖10是表示涉及本發(fā)明實施方式2的偏置電路的 圖11是表示涉及本發(fā)明實施方式2的功率放大器的電源電壓與無效電流的關(guān)系的
圖12是表示涉及本發(fā)明實施方式3的偏置電路的 圖13是表示涉及本發(fā)明實施方式3的功率放大器的參考電壓與無效電流的關(guān)系的
圖14是表示涉及本發(fā)明實施方式4的偏置電路的 圖15是表示涉及本發(fā)明實施方式4的功率放大器的集電極電壓與無效電流的關(guān)系的
圖16是表示放大元件的輸出功率與失真的關(guān)系的 圖17是表示放大元件的輸出功率與工作效率的關(guān)系的 圖18是表示放大元件的失真的溫度特性的 圖19是表示放大元件的失真的溫度特性的 圖20是表不現(xiàn)有的偏置電路的 圖21是表不現(xiàn)有的偏置電路的 圖22是表示使用了圖20的偏置電路的功率放大器的無效電流的溫度特性的 圖23是表示使用了圖20的偏置電路的功率放大器的失真的溫度特性的 圖24是表示使用了圖21的偏置電路的功率放大器的無效電流的溫度特性的 圖25是表示使用了圖21的偏置電路的功率放大器的失真的溫度特性的圖。
具體實施例方式參照附圖來說明涉及本發(fā)明實施方式的功率放大器。對相同或?qū)?yīng)的構(gòu)成部件標注相同的符號，有時省略重復(fù)說明。實施方式I.
圖I是表示涉及本發(fā)明實施方式I的功率放大器的圖。該功率放大器是通過在同一基板上形成HBT和FET的BiFET加工所形成的二級放大器。將GaAs-HBT功率放大器和偏置電路集成于同一 GaAs芯片上。虛線框內(nèi)是GaAs芯片，虛線框外的電路元件由芯片部件或線路形成于模塊基板上。將作為放大輸入信號的初級放大元件的Trl和作為放大Trl的輸出信號的次級放大元件的Tr2形成于同一 GaAs基板上。Trl、Tr2是GaAs-ΗΒΤ。向Trl的基極輸入輸入信號，向集電極施加集電極電壓，發(fā)射極接地。Biasl是向Trl的基極供給偏置電流的初級偏 置電路，Bias2是向Tr2的基極供給偏置電流的次級偏置電路。IN是RF信號輸入端子，OUT是RF輸出信號端子，Rl R4是電阻，Cl ClO是電容，L1、L2是電感。L3 L8是具有特定電氣長度的線路，用作電感。Vc是集電極電源端子，Vcl是Trl用的集電極電源端子，Vc2是Tr2用的集電極電源端子，Vcb是Biasl、Bias2的電源端子，Vref是向Biasl、Bias2施加參考電壓的端子。集電極電壓控制電路10是分別向Trl、Tr2供給集電極電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器，該集電極電壓是把從Vc端子輸入的電壓控制后的電壓。利用該集電極電壓控制電路10，使功率放大器的中低輸出工作時供給Trl、Tr2的集電極電壓降低。另外，雖然集電極電壓控制電路10根據(jù)來自外部的控制信號來控制集電極電壓，但也可監(jiān)視功率放大器的輸出功率并控制。圖2是表示涉及本發(fā)明實施方式I的偏置電路的圖。該偏置電路是給圖I的初級放大元件TRl的基極供給偏置電流的初級偏置電路Biasl。其中，次級偏置電路Bias2的結(jié)構(gòu)也一樣。經(jīng)Vref端子及電阻Rbl給偏置用晶體管Trbl的基極輸入?yún)⒖茧妷?。?jīng)Vcb端子給Trbl的集電極輸入電源電壓。Trbl的發(fā)射極經(jīng)Vbol端子連接于Trl的基極。在Trbl的發(fā)射極連接第一電阻Rb2，在Rb2與接地點之間連接第二電阻Rb3。在Trbl的基極與接地點之間串聯(lián)連接基極和集電極短路的Trb2、Trb3。偏置電流降低電路12具有晶體管Trb4、Trb5、FETl、電阻Rb4 Rb7及控制電路14。Trb4、Trb5 是 GaAs-HBT，F(xiàn)ETl 是 GaAs-FET0 FETl 的閾值電壓是一O. 2 一I. OV。Trb4的集電極連接于Rb2與Rb3之間，發(fā)射極接地。在Trb4的基極與接地點之間連接Rb4。Trb5的集電極經(jīng)Rb5連接于Vcb端子，發(fā)射極連接于Trb4的基極。FETl的漏極經(jīng)Rb6連接于Vref端子，源極連接于Trb5的基極。作為導(dǎo)通(ON) Trb4、Trb5的電壓，變得必須為約I. 3V(Trb4)+約I. 3V(Trb5)=約2. 5V。此處，F(xiàn)ETl的漏極電壓做成2. 5V以上?？刂齐娐?4經(jīng)Rb7給FETl的柵極供給控制電壓Vctrl?？刂齐娐?4在從Vcl端子輸入的集電極電壓比規(guī)定的閾值低的情況下，設(shè)成Vctrl為High(2. 5V),在集電極電壓比規(guī)定的閾值高的情況下，設(shè)成Vctrl為Low(OV)。這里，在FETl的柵極電壓為OV的情況下(Vctrl=Low),由于 FETl 變?yōu)殛P(guān)斷(OFF) (O — 2.5= — 2. 5V< — I. OV @ 閾值電壓)，所以Trb5、Trb4也變?yōu)殛P(guān)斷(OFF)。另一方面，在FETl的柵極電壓為2. 5V的情況下(Vctrl=High),由于 FETl 變?yōu)閷?dǎo)通(ON) (2. 5-2. 5=0V> — I. OV @閾值電壓)，所以 Trb5、Trb4也變?yōu)閷?dǎo)通(ON)。這樣，控制電路14在集電極電壓比規(guī)定的閾值低的情況下，使FETI、Trb5、Trb4導(dǎo)通(ON)。其結(jié)果，偏置電流降低電路12在集電極電壓變得比規(guī)定的閾值低時，使偏置電流(無效電流)降低。圖3是表示涉及本發(fā)明實施方式I的功率放大器的集電極電壓與無效電流的關(guān)系的圖?？梢灾喇?dāng)集電極電壓比規(guī)定的閾值低時，無效電流就變低。圖4是表示涉及本發(fā)明實施方式I的功率放大器的無效電流的溫度特性的圖。圖5是表示涉及本發(fā)明實施方式I的功率放大器的失真的溫度特性的圖。可以知道即使在集電極電壓下降到比規(guī)定的閾值低的情況下(Vc_High — Vc_Mid)，相對溫度變化的無效電流或失真的變動也小。如上所述，在本實施方式中，當(dāng)集電極電壓比規(guī)定的閾值低時，偏置電流降低電路12使偏置電流(無效電流)降低。由此，即使在中低輸出工作時集電極電壓控制電路10使放大元件的集電極電壓下降的情況下，相對溫度變化的失真的變動也不變大。因此，由于能充分降低集電極電壓，所以即使在中低輸出工作時也能使工作效率充分提高。 圖6是表示涉及本發(fā)明實施方式I的功率放大器的無效電流的溫度特性的圖。圖7是表示涉及本發(fā)明實施方式I的功率放大器的失真的溫度特性的圖?？梢灾涝赗b3具有10 20%的正的溫度特性(相對溫度的上升率電阻值的上升率為10 20%)的情況下，與具有小于2%的正的溫度特性的情況相比，相對溫度變化的無效電流或失真的變動變小。另外，作為能由GaAs的通常的半導(dǎo)體加工容易形成的半導(dǎo)體電阻，舉例說明了 10 20%的溫度特性的電阻。但是，不限于此，在Rb3具有10%以上的正的溫度特性的情況下，也能得到充分的效果。圖8是表示涉及本發(fā)明實施方式I的偏置電路的變形例I的圖。與圖2的偏置電路相比，省略了 Trb4、Trb5、Rb4 Rb6。FETl的漏極連接于Rb2與Rb3之間，源極接地。即使在該情況下，也能得到上述效果。另外，即使在電源電壓、控制電壓全部為正電位的情況下，必須將FETl做成加強型，以便能關(guān)斷(OFF) FETl。圖9是表示涉及本發(fā)明實施方式I的偏置電路的變形例2的圖。在Rb4與接地點之間連接作為GaAs-FET的晶體管Trb6，在Trb6的基極經(jīng)電阻Rb8連接Venable端子。從Venable端子輸入導(dǎo)通/關(guān)斷(0N/0FF)偏置電流降低電路12的使能信號(enablesignals)。由此，能在閾值附近切實關(guān)斷(OFF)偏置電流降低電路12。實施方式2.
圖10是表示涉及本發(fā)明實施方式2的偏置電路的圖。在實施方式2中，與實施方式I相比，追加了電源電壓降低電路16，并且控制電路14的控制方法不同。電源電壓降低電路16在集電極電壓變低時，使從Vcb端子輸入的電源電壓降低，并供給Biasl、Bias2。另外，電源電壓降低電路16雖然根據(jù)來自外部的控制信號來控制電源電壓，但也可監(jiān)視功率放大器的輸出功率并控制?？刂齐娐?4在從電源電壓降低電路16供給的電源電壓比規(guī)定的閾值低的情況下，設(shè)成Vctrl為High(2. 5V),在電源電壓比規(guī)定的閾值高的情況下，設(shè)成Vctrl為Low(OV)。圖11是表示涉及本發(fā)明實施方式2的功率放大器的電源電壓與無效電流的關(guān)系的圖。可以知道當(dāng)電源電壓比規(guī)定的閾值低時，無效電流就變低。如上所述，在本實施方式中，當(dāng)在中低輸出時降低放大元件的集電極電壓時，偏置電路的電源電壓也降低。由此，能降低無效電流，得到與實施方式I同樣的效果，并且，也能降低偏置電路的消耗電流。實施方式3.
圖12是表示涉及本發(fā)明實施方式3的偏置電路的圖。在實施方式3中，與實施方式I相比，追加了參考電壓降低電路18，并且控制電路14的控制方法不同。參考電壓降低電路18在集電極電壓變低時，使參考電壓降低，并供給Biasl、Bias2。另外，參考電壓降低電路18雖然根據(jù)來自外部的控制信號來控制參考電壓，但也可監(jiān)視功率放大器的輸出功率并控制?？刂齐娐?4在從參考電壓降低電路18供給的參考電壓比規(guī)定的閾值低的情況下，設(shè)成Vctrl為High (2. 5V),在參考電壓比規(guī)定的閾值高的情況下，設(shè)成Vctrl為Low (OV)。
圖13是表示涉及本發(fā)明實施方式3的功率放大器的參考電壓與無效電流的關(guān)系的圖。可以知道當(dāng)參考電壓比規(guī)定的閾值低時，無效電流就變低。如上所述，在本實施方式中，當(dāng)在中低輸出時降低放大元件的集電極電壓時，偏置電路的參考電壓也降低。由此，能降低無效電流，得到與實施方式I同樣的效果。實施方式4.
圖14是表示涉及本發(fā)明實施方式4的偏置電路的圖。本實施方式的偏置電流降低電路12具有在集電極電壓比彼此不同的多個閾值低的情況下，分別降低偏置電流的多個偏置電流降低電路。各偏置電流降低電路的結(jié)構(gòu)與實施方式I的偏置電流降低電路12相同。圖15是表示涉及本發(fā)明實施方式4的功率放大器的集電極電壓與無效電流的關(guān)系的圖。在本實施方式中，能比實施方式I更細地切換無效電流。符號說明
12偏置電流降低電路 14控制電路 16電源電壓降低電路 18參考電壓降低電路 Biasl、Bias2 偏置電路 Rb2第一電阻 Rb3第二電阻 TrU Tr2放大元件 Trbl偏置用晶體管 Trb4.Trb5.FETl 晶體管。
權(quán)利要求
1.一種功率放大器，其特征在于，具備 放大元件，其具有輸入輸入信號的基極、施加集電極電壓的集電極、和發(fā)射極；以及 偏置電路，其給所述放大元件的所述基極供給偏置電流， 所述偏置電路具有 偏置電流降低電路，當(dāng)所述集電極電壓變得比規(guī)定的閾值低時使所述偏置電流降低。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率放大器，其特征在于， 所述偏置電路具有 偏置用晶體管，其具有輸入?yún)⒖茧妷旱目刂贫俗?、輸入電源電壓的第一端子、和連接于所述放大元件的所述基極的第二端子； 第一電阻，其連接于所述偏置用晶體管的所述第二端子；以及 第二電阻，其連接于所述第一電阻與接地點之間， 所述偏置電流降低電路具有 晶體管，其具有控制端子、連接于所述第一電阻與所述第二電阻之間的第一端子、和接地的第二端子；以及 控制電路，其給所述晶體管的所述控制端子供給控制電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率放大器，其特征在于， 所述控制電路在所述集電極電壓比規(guī)定的閾值低的情況下，使所述晶體管導(dǎo)通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率放大器，其特征在于， 還具備電源電壓降低電路，當(dāng)所述集電極電壓變低時使所述電源電壓降低， 所述控制電路在所述電源電壓比規(guī)定的閾值低的情況下，使所述晶體管導(dǎo)通。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率放大器，其特征在于， 還具備參考電壓降低電路，當(dāng)所述集電極電壓變低時使所述參考電壓降低， 所述控制電路在所述參考電壓比規(guī)定的閾值低的情況下，使所述晶體管導(dǎo)通。
6.根據(jù)權(quán)利要求2 5中任一項所述的功率放大器,其特征在于， 所述第二電阻具有10%以上的正的溫度特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求I 5中任一項所述的功率放大器，其特征在于， 所述偏置電流降低電路具有多個偏置電流降低電路，在所述集電極電壓比彼此不同的多個閾值低的情況下，分別降低所述偏置電流。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使在中低輸出工作時也能使工作效率充分提高的功率放大器。給放大元件(Tr1、Tr2)的基極輸入輸入信號，并且給集電極施加集電極電壓，發(fā)射極接地。偏置電路(Bias1、Bias2)給放大元件(Tr1、Tr2)的基極供給偏置電流。偏置電路(Bias1、Bias2)具有當(dāng)集電極電壓變得比規(guī)定的閾值低時使偏置電流降低的偏置電流降低電路(12)。
文檔編號H03F3/20GK102811023SQ20121017259
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者岡村篤司, 山本和也, 松塚隆之 申請人:三菱電機株式會社