Transistor circuit |
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申请号 | JP2004293006 | 申请日 | 2004-10-05 | 公开(公告)号 | JP4756843B2 | 公开(公告)日 | 2011-08-24 |
申请人 | パナソニック株式会社; | 发明人 | 克彦 川島; 慎吾 松田; 弘和 牧原; 一樹 立岡; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | 複数のトランジスタセルから構成されるトランジスタ回路であって、 前記トランジスタセルが、 トランジスタ回路のコレクタ端子にコレクタフィンガが、トランジスタ回路のエミッタ端子にエミッタフィンガが、それぞれ接続されたトランジスタと、 トランジスタ回路のベース端子と前記トランジスタのベースフィンガとの間に接続されたベースバラスト抵抗と、 前記ベースバラスト抵抗と並列に接続された直列共振回路とを備え 、 前記直列共振回路は、インダクタと容量とを直列接続した構成であり、 前記インダクタは、2つ以上の前記トランジスタセルで共用されることを特徴とする、トランジスタ回路。 少なくとも前記ベースバラスト抵抗及び前記容量が半導体基板上に集積されていることを特徴とする、請求項 1に記載のトランジスタ回路。 |
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说明书全文 | 本発明は、トランジスタ回路に関し、より特定的には、複数のトランジスタセルから構成される高周波信号の電力増幅に適したトランジスタ回路に関する。 周知のように、高周波電力増幅用のトランジスタ回路101は、高周波特性を確保するため、複数のトランジスタ111が並列接続された構成が用いられる(図6)。 図6において、各トランジスタ111のベースには、直流電圧(バイアス電圧)及び高周波信号が入力される。 各トランジスタ111のエミッタは、それぞれ接地されており、各トランジスタ111からの出力信号は、共通接続されたコレクタから出力される。 この図6に示したトランジスタ回路101は、各トランジスタ111の動作が、ばらつきなく均一であると仮定した場合の理想回路である。 しかし、現実的には、トランジスタ111間に特性ばらつき等があるため、トランジスタ特有の動作電流と素子温度との間の正相関によって「温度上昇→動作電流増加→さらに温度上昇」という正帰還がかかり、特定のトランジスタ111に電流が集中するという現象を生じさせてしまう。 この現象は、トランジスタ回路101の利得や効率の低下を招き、最悪の場合には動作時の多大な発熱量で熱暴走するトランジスタ111が発生し、このトランジスタ111のベース電流が増大して素子破壊を引き起こす恐れがある、という問題がある。 このような問題を解決するために、トランジスタ111のベースにベースバラスト抵抗112を挿入してベース電流の増大を防止するトランジスタ回路102が考えられる(図7)。 しかし、この回路の場合、トランジスタ111の熱暴走を防ぐことはできるが、ベースバラスト抵抗112によって高周波利得が低下してしまうという課題が残る。 図9に、上記図6〜図8の各トランジスタ回路101〜103における周波数−最大電力利得特性の一例を示す。 この図9は、トランジスタ111のエミッタ面積を120μm 2 、動作電流を2mAとし、ベースバラスト抵抗112を200Ω、容量113を0.3pFとした場合のシミュレーション結果である。 しかしながら、インピーダンスZが上記式(1)で表される従来の構成(図8)では、インピーダンスZを「0」にするためには、ωC(=2πfC)を無限大にする必要がある。 ここで、所望の周波数fは固定であるため、理論上では容量Cを無限大にすればよいことになるが、現実には無理である。 特に、半導体基板に形成される容量は、チップレイアウト上の制約から十分に大きな値をとることができない。 それ故に、本発明の目的は、トランジスタの熱暴走を防止すると共に、ベースバラスト抵抗による所望周波数成分の電力利得の低下を抑制しつつ、不要な高調波成分や帯域外信号成分の電力利得を大幅に低減させることができるトランジスタ回路を提供することである。 本発明は、複数のトランジスタセルから構成されるトランジスタ回路に向けられている。 そして、上記目的を達成させるために、本発明のトランジスタ回路を構成するトランジスタセルは、トランジスタ、ベースバラスト抵抗、及び直列共振回路を備える。 トランジスタは、トランジスタ回路のコレクタ端子にコレクタフィンガが、トランジスタ回路のエミッタ端子にエミッタフィンガが、それぞれ接続される。 ベースバラスト抵抗は、トランジスタ回路のベース端子とトランジスタのベースフィンガとの間に接続される。 直列共振回路は、ベースバラスト抵抗と並列に接続される。 又は、上記目的を達成させるために、本発明のトランジスタ回路を構成するトランジスタセルは、トランジスタ、N個のベースバラスト抵抗、及びN個の直列共振回路を備えてもよい。 この場合、トランジスタは、トランジスタ回路のコレクタ端子にコレクタフィンガが、トランジスタ回路のエミッタ端子にエミッタフィンガが、それぞれ接続される。 N個のベースバラスト抵抗は、トランジスタ回路のベース端子とトランジスタのN個のベースフィンガとの間にそれぞれ接続される。 N個の直列共振回路は、N個のベースバラスト抵抗のそれぞれと並列に接続される。 好ましい直列共振回路は、インダクタと容量とを直列接続した構成である。 このインダクタは、2つ以上のトランジスタセルで共用されてもよい。 また、他の好ましい直列共振回路として、マイクロストリップ線路又はストリップ線路のいずれかと容量とを直列接続した構成も考えられる。 このマイクロストリップ線路及びストリップ線路は、2つ以上のトランジスタセルで共用されてもよい。 なお、典型的には、ベースバラスト抵抗や容量は、半導体基板上に集積されて形成される。 上記のように、本発明のトランジスタ回路によれば、トランジスタの熱暴走を防止すると共に、ベースバラスト抵抗による所望周波数成分の電力利得の低下を抑制しつつ、不要な高調波成分や帯域外信号成分の電力利得を大幅に低減させることができる。 図1は、本発明の一実施形態に係るトランジスタ回路1の構成図である。 図1において、第1の実施形態に係るトランジスタ回路1は、複数のトランジスタセル10で構成される。 各トランジスタセル10は、トランジスタ11と、ベースバラスト抵抗12と、容量13と、インダクタ14とで構成される。 このトランジスタ11には、バイポーラトランジスタ(BT)又はヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)が用いられる。 典型的には、トランジスタセル10は、図2に示すように、各素子が半導体基板上に集積化されて形成されるが、一部の素子(例えばインダクタ14)が別の部品(チップ部品等)で接続された構成でも構わない。 トランジスタ11のコレクタ、すなわち半導体基板上に形成される全てのコレクタフィンガCは、トランジスタ回路1のコレクタ端子1cに接続される。 また、トランジスタ11のエミッタ、すなわち半導体基板上に形成される全てのエミッタフィンガEは、トランジスタ回路1のエミッタ端子1eに接続される。 ベースバラスト抵抗12は、一方端がトランジスタ11のベース、すなわち半導体基板上に形成される全てのベースフィンガBに接続され、他方端がトランジスタ回路1のベース端子1bに接続される。 容量13とインダクタ14とは、直列接続されて直列共振回路15を形成する。 この直列共振回路15は、ベースバラスト抵抗12と並列に、トランジスタ11のベースフィンガBとトランジスタ回路1のベース端子1bとの間に接続される。 この構成によるベースバラスト抵抗12:R、容量13:C及びインダクタ14:Lで形成されるインピーダンスZは、下記式(2)で表せる。 このようにL及びCの値を適切に設定することで、ベース端子1bから入力される直流バイアス電流は、従来の回路と同様に、ベースバラスト抵抗12を通ってトランジスタ11のベースフィンガBに入力される。 そして、ベース端子1bから入力される高周波信号のうち、所望周波数の信号成分は、直列共振回路15を通って低損失でトランジスタ11のベースフィンガBに入力され、所望周波数以外の信号成分は、ベースバラスト抵抗12を通って減衰してトランジスタ11のベースフィンガBに入力される。 図3に、本実施形態に係るトランジスタ回路1の周波数−最大電力利得特性の一例を示す。 図3では、上記従来のトランジスタ回路103(図8)の同特性との比較で表している。 なお、図3は、トランジスタ11のエミッタ面積を120μm 2 、動作電流を2mAとし、所望周波数を0.9GHzに設定してベースバラスト抵抗12を200Ω、容量13を0.3pF、インダクタ14を90nHとしたトランジスタセル10を、60個並列接続しエミッタ接地した場合のトランジスタ回路1のシミュレーション結果である。 以上のように、本発明の一実施形態に係るトランジスタ回路1によれば、トランジスタの熱暴走を防止すると共に、ベースバラスト抵抗による所望周波数成分の電力利得の低下を抑制しつつ、不要な高調波成分や帯域外信号成分の電力利得を大幅に低減させることができる。 なお、直列共振回路15における容量13とインダクタ14との接続順序は、図1に示すものと逆の接続順序であっても同様の効果を奏することができる。 さらに、上記実施形態では、トランジスタ11の全てのベースフィンガBが、1つの直列共振回路15及び1つのベースバラスト抵抗12に接続されている構成を説明した。 しかし、図5に示すように、複数あるベースフィンガBのそれぞれに、直列共振回路及びベースバラスト抵抗を接続させる構成にしても構わない。 この場合、図5の構成を1つのトランジスタセルとして、複数のトランジスタセルから構成されるトランジスタ回路が形成されてもよいし、図5そのものがトランジスタ回路として形成されてもよい。 本発明のトランジスタ回路は、高周波信号の電力増幅等に利用可能であり、特にトランジスタの熱暴走防止と所望周波数成分の電力利得の低下抑制とを、両立させたい場合等に有効である。 1、101〜103 トランジスタ回路10 トランジスタセル11、111 トランジスタ12、112 ベースバラスト抵抗13、113 容量14 インダクタ15 直列共振回路1b、1c、1e 端子B ベースフィンガE エミッタフィンガC コレクタフィンガ |