專利名稱：高頻功率放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于移動通信設(shè)備等的功率放大器的高頻功率放大裝置。尤其涉及減小低功率輸出時的耗電的這種放大器的高頻功率放大裝置。
背景技術(shù)：
近年來，以便攜電話為代表的移動通信設(shè)備，快速發(fā)展到小型化、長通話時間化。 因此，占通話時耗電的大半部分的發(fā)送用功率放大器中，強(qiáng)烈要求進(jìn)一步高效率化。尤其在以CDMA(碼分多址)為代表的近年的通信制式中，具有功率控制功能。該 功能在接近基站的距離中存在終端時，該終端降低發(fā)送功率，進(jìn)行對基站的通信(低功率 模式)。這時，發(fā)送用功率放大器成為從高功率輸出(約27. OdBm)切換到低功率輸出(約 13dBm)。在該低功率時，發(fā)送用功率放大器在能取得充分線性的范圍進(jìn)行工作。因此，又能 維持線性，又能降低偏置點(減小工作電流)。于是，在移動通信終端中，為了謀求高效率 化，有圖9那樣的構(gòu)成。圖9中，1是偏流供給用晶體管，2是高頻功率放大用晶體管、11、12、13和16是電 阻，14和15是溫度補償用的肖特基二極管、31是決定偏流供給用晶體管1的基極電位的 Vctrl電壓，32是對功率放大亞晶體管2的集電極提供電位的Vcc電壓。由Vctrl電壓31、 偏流供給用晶體管1、電阻11、12、13和16、以及肖特基二極管14和15產(chǎn)生的基極電流決 定功率放大用晶體管2的集電極的空載電流值，并且使Vctrl可變，以控制高頻功率放大用 晶體管2的偏置點。圖10是日本國專利公開2003-51720公報揭示的裝置，為了改善圖9的控制特性， 在偏流供給用晶體管1的發(fā)射極上新添功率控制用晶體管3、電阻21和22，并通過電阻21 對功率控制用晶體管3的基極施加功率控制電壓33。根據(jù)這種組成，通過施加功率控制電 壓33，可減小低功率時的功率放大用晶體管2的集電極的空載電流值。然而，圖9所示的功率放大器用偏置電路中，在低功率時通過控制Vctrl，對高 頻功率放大用晶體管2的工作電路進(jìn)行控制(限制)的情況下，需要以百mV單位控制 Vctrl (例如從2. 8V控制到2. 7V)，控制困難，存在需要特殊電路或外部精度高的調(diào)壓器的 問題。圖9所示的電路利用二極管14、15補償高頻功率放大用晶體管2的溫度特性，進(jìn)行 工作，但在低功率時用Vctrl電壓31控制(限制)高頻功率放大用晶體管2的工作電流的 情況下，二極管14、15中流通的電流減小，因而存在溫度補償效果降低的問題。圖10所示的例子提出解決上述課題的方案，但除需要Vctrl電源31、高頻功率放 大用晶體管2的電源32外，還需要偏流控制用的電源33，控制成為復(fù)雜的組成結(jié)構(gòu)。而且， 效率改善效果也僅基于偏流控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述課題，進(jìn)而提供一種電流控制(限制)的控制性良好而 且組成簡單的高頻功率放大裝置，能實現(xiàn)低功率時的功率放大裝置大幅度高效率化。本發(fā)明的高頻功率放大裝置，包含高頻功率放大用晶體管、對高頻功率放大用晶 體管的基極供給偏流的偏流供給電路、以及連接在所述高頻功率放大用晶體管的基極與偏 流供給電路之間的偏流控制電路，所述偏流控制電路與高頻功率放大用晶體管的電源電壓 對應(yīng)地控制高頻功率放大用晶體管的偏流。根據(jù)這種組成，可大幅度改善低功率時的效率。 而且，利用偏流控制電路的辦法，可實現(xiàn)低功率時的期望效率特性。利用偏流控制電路的辦 法，還能添加低功率時的溫度補償功能，可大幅度改善低功率時的功率放大器溫度特性。又，本發(fā)明的高頻功率放大裝置，包含高頻功率放大用晶體管、對高頻功率放大用晶體管的基極供給偏流的偏流供給電路、以及連接在所述高頻功率放大用晶體管的基極 與偏流供給電路之間的偏流控制電路，所述偏流控制電路與高頻功率放大用晶體管的電源 電壓對應(yīng)地控制高頻功率放大用晶體管的偏流，偏流控制電路具有集電極連接在所述偏流 供給電路的輸出與高頻功率放大用晶體管的基極之間的偏流控制用晶體管、以及集電極連 接在所述偏流控制用晶體管的基極的反相器用晶體管，并且將所述反相器用晶體管的基極 連接到高頻功率放大用晶體管的電源。根據(jù)這種組成，低功率時降低高頻功率放大用晶體 管的電源電壓，偏流控制用晶體管進(jìn)行工作，從而能減小高頻功率放大用晶體管的工作電 流。又，本發(fā)明的高頻功率放大裝置，包含高頻功率放大用晶體管、對高頻功率放大用晶體管的基極供給偏流的偏流供給電路、以及連接在所述高頻功率放大用晶體管的基極 與偏流供給電路之間的偏流控制電路，所述偏流控制電路與高頻功率放大用晶體管的電源 電壓對應(yīng)地控制高頻功率放大用晶體管的偏流偏流控制電路具有集電極連接在所述偏流 供給電路的輸出與高頻功率放大用晶體管的基極之間的偏流控制用晶體管、集電極連接所 述偏流控制用晶體管的基極的反相器用晶體管、以及發(fā)射極連接所述反相器用晶體管的基 極的晶體管，將所述發(fā)射極連接所述反相器用晶體管的基極的晶體管的集電極連接到高頻 功率放大用晶體管的電源，并且對所述晶體管的基極施加功率控制信號。根據(jù)這種組成，低 功率時降低高頻功率放大用晶體管的電源電壓，偏流控制用晶體管進(jìn)行工作，從而能減小 高頻功率放大用晶體管的工作電流。利用添加減小耗電用的晶體管，還能減小偏流控制電 路的耗電。又，通過電阻連接所述偏流控制用晶體管的基極與集電極。根據(jù)這種組成，通過對工作電流相對于偏流控制用晶體管的基極端子電壓的變化改變電阻的值，能取得任意的電 流依存性。又，通過電阻連接所述偏流控制用晶體管的基極與發(fā)射極。根據(jù)這種組成，通過對工作電流相對于偏流控制用晶體管的基極端子電壓的變化改變電阻的值，能取得任意的電 流依賴性。又，通過電阻連接所述偏流控制用晶體管的基極與集電極，并通過電阻連接所述 偏流控制用晶體管的基極與發(fā)射極。根據(jù)這種組成，通過對工作電流相對于偏流控制用晶 體管的基極端子電壓的變化改變電阻的值，能取得任意的電流依賴性。又，在所述偏流控制用晶體管的發(fā)射極串聯(lián)連接肖特基二極管或PN結(jié)二極管。根據(jù)這種組成，對偏流控制用晶體管的基極施加電壓，謀求減小高頻功率放大用晶體管的電 流時，取得PN結(jié)二極管發(fā)揮補償功率放大用晶體管溫度特性變動的溫度補償功能的作用。 而且，使用肖特基二極管代替PN結(jié)二極管時取得發(fā)揮更強(qiáng)的溫度補償功能的作用。本發(fā)明的多級高頻功率放大器，是在由至少2級以上構(gòu)成的多級高頻功率放大器 中，至少設(shè)置1個以上任何上文所述的高頻功率放大裝置。


圖1是本發(fā)明高頻功率放大裝置的組成圖。 圖2A、圖2B是本發(fā)明實施方式1的高頻功率放大裝置的電路圖以及示出電源電壓 與空載電流的依存性的特性圖。圖3A、圖3B是本發(fā)明實施方式2的高頻功率放大裝置的電路圖以及示出電源電壓 與空載電流的依存性的特性圖。圖4A、圖4B是本發(fā)明實施方式3的高頻功率放大裝置的電路圖以及示出電源電壓 與空載電流的依存性的特性圖。圖5A、圖5B是本發(fā)明實施方式4的高頻功率放大裝置的電路圖以及示出電源電壓 與空載電流的依存性的特性圖。圖6A、圖6B是本發(fā)明實施方式5的高頻功率放大裝置的電路圖以及示出電源電壓 與空載電流的依存性的特性圖。圖7A、圖7B是本發(fā)明實施方式6的高頻功率放大裝置的電路圖以及示出電源電壓 與空載電流的溫度依存性的特性圖。圖8是本發(fā)明實施方式7的多級高頻功率放大器的電路圖。圖9是已有的高頻功率放大器的電路圖。圖10是另一已有例的電路圖。
具體實施例方式下面，根據(jù)圖1 圖8說明本發(fā)明各實施方式。實施方式1圖1、圖2A、圖2B示出本發(fā)明的實施方式1。圖1示出實施方式1的高頻功率放大裝置61，具有高頻功率放大用晶體管2、偏 流供給電路51、以及偏流控制電路52。通過Vctrl端子62對偏流供給電路51施加Vctrl 電壓31、并從電源32通過電源電壓端子63對高頻功率放大用晶體管2的集電極施加電源 電壓。也從電源32對偏流控制電路52的控制信號輸入端施加電源電壓。圖2A示出其具體電路圖。高頻功率放大用晶體管2的集電極連接電源電壓端子63，高頻功率放大用晶體管 2的發(fā)射極連接基準(zhǔn)電位。偏流供給電路51構(gòu)成在Vctrl端子62與基準(zhǔn)電位之間串聯(lián)連接電阻16和溫度 補償用的肖特基二極管14和電阻11，并將偏流供給用晶體管1的基極連接到電阻16與二 極管14的連接點，在偏流供給用晶體管1的發(fā)射極與所述基準(zhǔn)電位之間串聯(lián)連接溫度補償 用的肖特基二極管15，將偏流供給用晶體管1的集電極連接Vctrl端子62，通過電阻13將偏流供給用晶體管1的發(fā)射極連接所述高頻功率放大用晶體管2的基極。偏流控制電路52構(gòu)成具有偏流控制用晶體管3、以及使偏流控制用晶體管的控制 信號反相的反相器用晶體管4，將偏流控制用晶體管3的集電極連接在偏流供給電路51的 輸出與高頻功率放大用晶體管2的基極之間，具體而言，在偏流供給用晶體管1的發(fā)射極與 電阻13的連接點上連接偏流控制用晶體管3的集電極，并通過電阻21將偏流控制用晶體 管3的發(fā)射極連接基準(zhǔn)電位，將偏流控制用晶體管3的基極連接反相器用晶體管4的集電 極與電阻23的連接點，通過電阻25將反相器用晶體管4的發(fā)射極連接基準(zhǔn)電位，以電阻24 連接反相器用晶體管4的基極與發(fā)射極，將反相器用晶體管4的基極通過電阻22連接到電 源電壓端子63，通過電阻23將偏流控制用晶體管3的基極與反相器用晶體管4的集電極的 連接點連接到Vctrl端子62。
41表示高頻功率放大用晶體管2的空載電流，42表示高頻功率放大用晶體管2的 基極電流，43表示偏流控制用晶體管3的集電極電流。從電源32通過電阻22對該偏流控制電路52的反相器用晶體管4的基極供電， Vctrl電壓31通過電阻23對偏流控制用晶體管3的基極供電。本實施方式1的高頻功率放大裝置61，在低功率時使電源電壓32降低，從而反相 器用晶體管4變成阻斷狀態(tài)。反相器用晶體管4成為阻斷狀態(tài)時，偏流控制用晶體管3成 為導(dǎo)通狀態(tài)，偏流控制用晶體管3的集電極電流43流通。因此，高頻功率放大用晶體管2 的基極電流42減小，結(jié)果使高頻功率放大用晶體管的空載電流41減小。圖2B用實線Al示出空載電流41對高頻功率放大用晶體管2的電源電壓32的依 存性，高頻功率放大用晶體管的電源電壓32在3V附近前一直呈現(xiàn)大空載電流，從3V到IV 附近，電流減小，其后則空載電流穩(wěn)定。這樣，通過控制高頻功率放大用晶體管的電源電壓32，可控制低功率時的電流，能 同時實現(xiàn)電源電壓減小帶來的效率提高的效果和偏流控制帶來的效率提高的效果，具有能 達(dá)到高頻功率放大裝置大幅度高效率化的優(yōu)越性。實施方式2圖3A、圖3B示出本發(fā)明的實施方式2，與圖2A的不同點僅為在構(gòu)成偏流控制電路 52的一部分的反相器用晶體管4的基極電路添加減小偏流控制電路耗電用的晶體管5。具體而言，晶體管5的發(fā)射極連接反相器用晶體管4的基極，集電極連接高頻功率 放大用晶體管2的電源；這里，通過電阻22將晶體管5的集電極連接到電源電壓端子63。 通過電阻26將晶體管5的基極連接施加作為功率控制信號的Vctrl電壓31的Vctrl端子 62。根據(jù)這種組成，與本發(fā)明實施方式1相同，低功率時通過使高頻功率放大用晶體 管2的電源電壓32降低，反相器用晶體管4變成阻斷狀態(tài)。反相器用晶體管4成為阻斷狀 態(tài)時，偏流控制用晶體管3變成導(dǎo)通狀態(tài)，偏流控制用晶體管3的集電極電流43流通，結(jié)果 使高頻功率放大用晶體管的空載電流41減小。圖3B示出高頻功率放大用晶體管的空載電流41對高頻功率放大用晶體管的電源 電壓32的依存性。呈現(xiàn)與圖2B相同的依存性，即使在本實施方式2中，通過控制高頻功率 放大用晶體管的電源電壓，可控制低功率時的電流，也能同時實現(xiàn)電源電壓減小帶來的功 率提高的效果和偏流控制帶來的效率提高的效果，可達(dá)到高頻功率放大裝置的大幅度高效率化。進(jìn)而，與實施方式1的組成對比，說明添加晶體管5和電阻26的效果。高頻功率放大裝置阻斷時，通過使決定偏流供給用晶體管1的基極電位的Vctrl 電壓31為0V，使高頻功率放大裝置為阻斷狀態(tài)，但實施方式1中，將Vctrl電壓31取為0V 時，也有從高頻功率放大用晶體管32通過電阻22、24、25接地的路徑，由于該路徑流通電 流，在阻斷時偏流控制電路中的等待電流流通。另一方面，添加晶體管5和電阻26的實施 方式2中，通過添加晶體管5，在Vctrl為0V時，晶體管5為阻斷狀態(tài)，切斷從高頻功率放大 用晶體管的電源電壓32接地的路徑，阻斷時沒有偏流控制電路的等待電流，可減小偏流控 制電路52的耗電。實施方式3圖4A、圖4B示出本發(fā)明的實施方式3，與圖3A的不同點僅為在構(gòu)成偏流控制電路 52的一部分的偏流控制用晶體管3的基極與集電極之間連接電阻27。根據(jù)這種組成，可通過改變電阻27的值控制高頻功率放大用晶體管2的空載電流 41的變化，結(jié)果可控制空載電流41對高頻功率放大用晶體管的電源電壓32的依存性。因 此，通過改變電阻27的值，能取得期望的空載電流依存性。進(jìn)而，與實施方式2的組成的情況對比，具體說明添加電阻27的效果。圖4B中，用實線A示出實施方式2時的空載電流41對電源電壓32的依存性，用 虛線B示出圖4A時的空載電流41對電源電壓32的依存性。如該圖4B所示，通過添加電阻27，空載電流41對電源電壓32的依存性緩和，其 原因為添加電阻27的情況下，偏流控制用晶體管3為導(dǎo)通狀態(tài)時，對偏流控制用晶體管3 的基極施加按電阻23與電阻27的分配比決定的電壓。因此，與不添加電阻27時相比，偏 流控制用晶體管3的基極電壓變化緩和。這時，連接電阻27的高頻功率放大用晶體管2的 基極電壓需要大于或等于晶體管門限值的電壓，因而門限值電壓不變。所以，圖4B的空載 電流的依存性如虛線B所示，比實線A平緩。此外，本實施方式3中，舉對圖3A的組成添加電阻27的情況為例進(jìn)行了說明，但 同樣用電阻27使圖2A的組成中的偏流控制用晶體管3的基極與集電極之間連接，也能取 得同樣的效果。實施方式4圖5A、圖5B示出本發(fā)明的實施方式4，與圖3A的不同點僅為在構(gòu)成偏流控制電路 52的一部分的偏流控制用晶體管3的基極與發(fā)射極之間連接電阻28。根據(jù)這種組成，可通過改變電阻27的值控制高頻功率放大用晶體管2的空載電流 41對偏流控制用晶體管3的基極端子電壓的變化，結(jié)果能控制空載電流41對高頻功率放大 用晶體管2的電源電壓32的依存性。因此，通過改變電阻28的值，能取得期望的空載電流 依存性。進(jìn)而，與實施方式2的組成的情況對比，具體說明添加電阻28的效果。圖5B中，用實線A示出實施方式2時的空載電流41對電源電壓32的依存性，用 點劃線C示出圖5A時的空載電流41對電源電壓32的依存性。如圖5B所示，通過添加電阻28，空載電流41對電源電壓32的依存性緩和，其原因 為添加電阻28的情況下，偏流控制用晶體管3為導(dǎo)通狀態(tài)時，對偏流控制用晶體管3的基極施加按電阻23、28和電阻21的分壓比決定的電壓。因此，與不添加電阻28時相比，偏流 控制用晶體管3的基極電壓降低，因而如圖5B所示，空載電流41的電源電壓32依存性變 成對實施方式2的依存性A往低電壓方平行移位的形狀。本實施方式4中，舉對圖3A的組成添加電阻28的情況為例進(jìn)行了說明，但同樣用 電阻28使圖2A的組成中的偏流控制用晶體管3的基極與發(fā)射極之間連接，也能取得同樣 的效果。實施方式5圖6A、圖6B示出本發(fā)明的實施方式5，與圖3A的不同點僅為在構(gòu)成偏流控制電路 52的一部分的偏流控制用晶體管3的基極與集電極之間連接電阻27，而且在偏流控制用晶 體管3的基極與發(fā)射極之間連接電阻28。根據(jù)這種組成，可通過改變電阻27、28的值控制高頻功率放大用晶體管2的空載 電流41對偏流控制用晶體管3的基極端子電壓的變化，結(jié)果能控制空載電流41對高頻功 率放大用晶體管2的電源電壓32的依存性。因此，通過改變電阻27、28的值，能取得期望 的空載電流依存性。進(jìn)而，與實施方式2、實施方式3的組成的情況對比，具體說明添加電阻27、28的效^ o圖6B中，分別用實線A、虛線B、點劃線C示出實施方式2 實施方式4時的空載 電流41對電源電壓32的依存性，用點線D示出圖6A時的空載電流41對電源電壓32的依存性。如該圖6B所示，判明通過添加電阻27、28，取得對實施方式2組合實施方式3的 效果和實施方式4的效果所得的效果。因此，能實現(xiàn)自由度更高的空載電流41對電源電壓 32的依存性。本實施方式5中，舉對圖3A的組成添加電阻27、28的情況為例進(jìn)行了說明，但同 樣用電阻27、28分別使圖2A的組成中的偏流控制用晶體管3的基極與集電極之間、基極與 發(fā)射極之間連接，也能取得同樣的效果。實施方式6圖7A、圖7B示出本發(fā)明的實施方式6，與圖3A的不同點僅為在構(gòu)成偏流控制電路 52的一部分的偏流控制用晶體管3的發(fā)射極上串聯(lián)連接肖特基二極管29。根據(jù)這種組成，在控制高頻功率放大用晶體管2的電源電壓32謀求減小空載電流 41的情況下，肖特基二極管29進(jìn)行工作，抵消高頻功率放大用晶體管2的溫度特性，取得減 小空載電流41的溫度變化的作用。為了說明實施方式6的特征，圖7B示出空載電流的溫 度依存性。這里，虛線E1表示實施方式2在電源電壓32高的高功率時的溫度依存性，點劃 線E2表示實施方式2在低功率時的溫度依存性，實線E3表示實施方式6在低功率時的溫 度依存性。虛線E1所示的高功率時的溫度依存性用偏流供給電路51內(nèi)的肖特基二極管14、 15和高頻功率放大用晶體管2的溫度補償效應(yīng)減小空載電流41的溫度變化。然而，點劃線 E2所示的低功率時，該溫度補償?shù)木馄茐?，形成高溫時空載電流41增加的趨勢。另一方面，根據(jù)實線E3所示的實施方式6，肖特基二極管29進(jìn)行工作，抵消低功率 時的高頻功率放大用晶體管2的溫度特性，因而能大幅度改善空載電流41的溫度變化。其它效果與實施方式2的相同。這里，舉使用肖特基二極管的情況為例進(jìn)行了說明，但在偏流控制用晶體管3的 發(fā)射極上串聯(lián)連接PN結(jié)二極管，也能取得同樣的溫度補償效果。再者，這里舉實施方式2的組成中添加肖特基二極管29的情況為例進(jìn)行了說明， 但在圖2A、圖4A、圖5A或圖6A的偏流控制用晶體管3的發(fā)射極上串聯(lián)連接肖特基二極管 29或PN結(jié)二極管，也能取得同樣的溫度補償效果。實施方式7圖8示出將實施方式2的高頻功率放大裝置做成2級的組成的多級高頻功率放大將輸入到高頻輸入端子74的高頻信號通過輸入匹配電路71供給第1級高頻功率 放大裝置61a的高頻功率放大用晶體管2的基極，并通過級間匹配電路72將對其放大后在 高頻功率放大用晶體管2的集電極產(chǎn)生的高頻信號供給第2級高頻功率放大裝置61b的高 頻功率放大用晶體管的基極進(jìn)行放大后，在高頻功率放大用晶體管2的集電極產(chǎn)生高頻信 號。該高頻信號通過輸出匹配電路73從高頻輸出端子75輸出。這里，將圖3A所示的電路用作第1級和第2級兩個高頻功率放大裝置6 la、6lb的 偏流控制電路，因而能取得低功率時的大幅度效率改善。這種多級高頻功率放大器也能用于實施方式1、實施方式3 實施方式5，這時，也 能取得同樣的效果。這里，第1級和第2級都用圖3A所示的電路，但通過僅第2級使用本發(fā)明的高頻 功率放大裝置，或前級和后級中使用不同的電路組成的高頻功率放大裝置，可優(yōu)化高頻功 率放大器的特性。本發(fā)明實現(xiàn)減小移動通信設(shè)備和裝載該移動通信設(shè)備作為通信手段的各種設(shè)備 的耗電，即使電源是蓄電池也能實現(xiàn)長時間穩(wěn)定的通信。
權(quán)利要求
一種高頻功率放大裝置，其特征在于，包含高頻功率放大用晶體管、對高頻功率放大用晶體管的基極供給偏流的偏流供給電路、以及連接在所述高頻功率放大用晶體管的基極與偏流供給電路之間的偏流控制電路，所述偏流控制電路連接了高頻功率放大用晶體管的電源電壓源以及與該電源電壓源所不同的另一個電源電壓源，所述偏流控制電路與高頻功率放大用晶體管的電源電壓對應(yīng)地控制高頻功率放大用晶體管的偏流。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種高頻功率放大裝置，具有高頻功率放大用晶體管(2)、對高頻功率放大用晶體管的基極供給偏流的偏流供給電路(51)、以及連接在所述高頻功率放大用晶體管的基極與偏流供給電路之間的偏流控制電路(52)，并且所述偏流控制電路連接到高頻功率放大用晶體管的電源(32)，從而實現(xiàn)低功率時的高頻功率放大裝置高效率化，而且改善低功率時的功率放大器溫度特性。
文檔編號H03F3/21GK101800518SQ20101012646
公開日2010年8月11日 申請日期2006年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月19日
發(fā)明者山內(nèi)廣之, 巖田基良, 竹原宏泰 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社