JP2009094252A - 電力増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】集積回路チップと実装基板との接続の容易性や、放熱性の良好さを維持したままで、各単位セル動作の均一性を確保し、出力段トランジスタの総合的な動作特性を改善する。
【解決手段】
コレクタ電極配線１０１は、平行する２つの単位セル列用コレクタ電極配線１，２が、その一方の端部で、出力用配線３によって接続されてなり、この出力端とされる一方、単位セル列用コレクタ電極配線１，２の他方の端部は、セル列間接続配線４により相互に接続されたものとなっており、これによって、各単位セルの動作の均一性の改善がなされるものとなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイポーラトランジスタを用いた電力増幅器に係り、特に、無線通信装置用のマイクロ波モノリシック集積回路（ＭＭＩＣ）化された電力増幅器の動作特性の改善等を図ったものに関する。

バイポーラトランジスタを用いた電力増幅器集積回路の出力段トランジスタは、一般に、トランジスタ単位セル（以下「単位セル」と称する）と称される１つのトランジスタを、複数個、並列動作させるよう構成されており、それによって目標とする出力電力が達成可能となっている。かかる出力段トランジスタを構成する各単位セルは、等距離間隔で配置され、各単位セルのコレクタ、ベース及びエミッタの各電極は、隣接する単位セルのそれぞれの電極と共通に接続されるものとなっている。

例えば、出力電力２８ｄＢｍ（＝６３０ｍＷ）、電力付加効率３９．３％、動作周波数１．８８ＧＨｚ、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅ＝３．４Ｖ、のＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下「ＨＢＴ」と称する）を設計する場合、出力段トランジスタの総エミッタ面積は、約５４００μｍ^２となると報告されている（非特許文献１参照）。例えば、単位セルに、エミッタ１本当たりのエミッタ面積が６０μｍ^２で、エミッタ本数２のダブルエミッタトランジスタを用いるとした場合、出力トランジスタの単位セル数は、４５となる。

一方、電力増幅器における出力段トランジスタにあっては、その配置が動作特性に重要な影響を与えるものとなっている。
すなわち、線形電力増幅器に要求される性能として、高効率、低歪み、熱安定性などの要素が挙げられる。これらの性能を出力トランジスタから最大限引き出すためには、並列動作状態にある各単位セルが全て均一に動作していることが望ましい。ここで、均一動作とは、各単位セルの出力電力波形が一致していることを意味する。

例えば、電力増幅器は、飽和出力に近い出力電力になる程、高効率となる一方、歪みが急増する傾向にある。各単位セルが均一動作していない場合、特定の単位セルが飽和出力に達して歪みを発生する一方、その他の単位セルは、出力電力が低下し、低効率となる。このため、出力段トランジスタの総合的な性能は、単位セルの並列動作が均一である場合と比べて低下することとなる。

また、上述のように飽和出力に達して歪みを発生している特定の単位セルは、他の単位セルと比較してより多くのコレクタ電流が流れており、発熱量も大きい。各単位セル間に温度分布が存在する場合、ＧａＡｓ ＨＢＴは、熱不安定現象の１つである電流コラプスが発生するコレクタ電流しきい値を減少させるため、各単位セルの放熱性及びコレクタ電流の均一化が、熱安定上、重要となる。
各単位セルのコレクタ電流は、正の温度相関を有することから、上述のような温度分布は、各単位セルの自己発熱により強調され、各単位セル動作の均一性は、さらに損なわれることとなる。
それ故、各単位セルの放熱性は、高いことが望ましい。

ところで、各単位セルが均一動作しない原因としては、各単位セルの負荷インピーダンス及び、放熱性の差異を挙げることができる。トランジスタの飽和出力波形は、トランジスタの直流特性を表すＩｃｅ−Ｖｃｅ（コレクタ電流対コレクタ電圧）静特性カーブ上のニー電圧と関係するため、ニー電圧決定要因の１つであるコレクタ抵抗の差異も、各単位セルの均一動作に影響する。

図６には、例えば、特許文献１等に開示されている従来の出力段トランジスタにおける電極配置の構成例が示されており、以下、同図を参照しつつ、この従来構成について説明する。
この出力段トランジスタは、２つのトランジスタ単位セル列が並列接続されて構成されたものとなっている。
すなわち、トランジスタ単位セル列Ｃ LINEは、複数のトランジスタ単位セルＴｒが並列接続されて設けられてなるもので、例えば、この図６に示された構成例においては、５つのトランジスタ単位セルＴｒから構成されたものとなっている。

具体的には、この出力段トランジスタは、コレクタ電極配線１０１Ａと、エミッタ電極配線１０２Ａと、ベース電極配線１０３Ａ，１０３Ｂとを有して構成されたものとなっている。
コレクタ電極配線１０１Ａは、平行して設けられた２つの単位セル列用コレクタ電極１Ａ，２Ａを有してなり、それぞれ上述した単位セルＴｒの数に応じたコレクタ電極１１Ａが形成されたものとなっている。なお、図６においては、図を簡潔として理解を容易とするため、単位セル列用コレクタ電極１Ａ，２Ａの各々における複数のコレクタ電極の内の一つに代表して符号を付して他の符号を省略することとする。

エミッタ電極配線１０２Ａは、単位セル列用コレクタ電極１Ａ，２Ａに対応するように、対向する２つの側縁部分に、それぞれ単位セルの数に応じたエミッタ電極２５Ａが形成されてなるものである。かかるエミッタ電極配線１０２Ａは、単位セル列用コレクタ電極１Ａ，２Ａと交差するようにして、単位セル列用コレクタ電極１Ａ，２Ａの下層側に配設されると共に、バイアホール７Ａを介して接地されるものとなっている。なお、複数のエミッタ電極についても、先のコレクタ電極同様、その内の一つに代表して符号を付して他の符号を省略することとする。
また、ベース電極配線１０３Ａ，１０３Ｂは、それぞれ単位セル列用コレクタ電極１Ａ，２Ａに対応して配設されるものとなっている。

かかる構成における出力段トランジスタの等価回路は、図７に示されたように表すことができる。
すなわち、一方のセル列には、５つのトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ５ａが、また、他方のセル列には、５つのトランジスタＴｒ１ｂ〜Ｔｒ５ｂが、それぞれコレクタが共通に接続されて設けられ、一方のセル列は、出力端子５Ａに、他方のセル列は、出力端子６Ａに、それぞれ接続されると共に、２つの出力端子５Ａ，６Ａが相互に接続されて、セル列のコレクタ同士が相互に接続されるものとなっている。
Keith Nellis and Peter J. Zampardi, "A Comparision of Linear Handset Power Amplifiers in Bipolar Technologies" IEEE J. Solid-State Circuits, October 2004, vol39, No.10, PP.1746-1754 特開２００６−２９４９０１号公報（第３−４頁、図１）

ところで、上述の従来の構成にあって、エミッタ電極配線１０２Ａの幅、長さが等しく形成されているため、放熱性は比較的均一である。これに対して、コレクタ電極配線１０１Ａは、特に、単位セル列用コレクタ電極１Ａ，２Ａの幅が狭く、長いため、各単位セル間に、配線抵抗分とインダクタンス分が存在し、各単位セルの負荷インピーダンスとコレクタ抵抗が不均一なものとなっている。

なお、特許文献１に開示されたＨＢＴにおいては、エミッタ接地にバンプを用いることが提案されているが、電力増幅器の場合、バンプ形成箇所が出力段トランジスタに多数集中しているため、バンプ形成箇所が集積回路チップ内で偏りのあるものとなる可能性がある。このように、集積回路チップ内でバンプ形成箇所が偏ったり、また、そのバンプ高さが不均一な場合、実装基板との接続の際、数多くの接続作業を安定して行うことに、困難さが生じるため、接続作業の容易性という観点からは、従来のバイアホールを用いたエミッタ接地が優れている。

一方、集積回路チップと実装基板との接続の容易性を確保しつつ、各単位セル動作の均一性を改善しようとすると、負荷インピーダンスとコレクタ抵抗の均一性を改善が必要であり、そのため、コレクタ電極配線の幅を広くしたり、単位セルの配置間隔を狭くすることが考えられるが、これは、放熱性の低下を招き、かつ、温度分布を強調する結果となるため、熱安定性を著しく低下させるという問題が生ずる。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、集積回路チップと実装基板との接続の容易性や、放熱性の良好さを維持したままで、各単位セル動作の均一性を改善することのできる電力増幅器を提供することにある。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る電力増幅器は、
一つのトランジスタを形成する基本単位である単位セル数に応じた複数のコレクタ電極が形成されてなるコレクタ電極配線と、前記単位セル数に応じた複数のエミッタ電極が形成されてなるエミッタ電極配線と、前記単位セル数に応じた複数のベース電極が形成されてなるベース電極配線とを有してなる出力段トランジスタを用いてなる電力増幅器であって、
前記コレクタ電極配線は、複数のコレクタ電極が直線状に配設されてなる単位セル列用コレクタ電極配線が２つ平行するようにして、各々の一方の端部で接続されて、当該一方の端部が出力端とされてなり、
前記エミッタ電極配線は、前記２つの単位セル列用コレクタ電極配線にそれぞれ平行する２つの側縁部分を有し、当該側縁部分には、それぞれ前記単位セル列用コレクタ電極配線における単位セル数に対応する複数のエミッタ電極が形成され、
前記ベース電極配線は、前記２つの単位セル列用コレクタ電極配線に対応して２つ設けられ、それぞれ前記単位セル列用コレクタ電極配線における単位セル数に対応した複数のベース電極が形成されてなり、
前記２つの単位セル列用コレクタ電極配線は、コレクタ電極の配設方向における長さが同一で、かつ、それぞれの単位セル数が同一とされる一方、前記出力端として接続された各々の単位セル列用コレクタ電極配線の端部と反対側の端部が配線接続されてなる出力段トランジスタが形成されてなるものである。

本発明によれば、集積回路チップと実装基板との接続の容易性や、放熱性の良好さを維持したままで、各単位セルの負荷インピーダンスを均一化することができるので、各単位セル動作の均一性を確保し、それによって、出力段トランジスタの総合的な動作特性が確実に改善されるという効果を奏するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図５を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における電力増幅器の出力段トランジスタの構成例について、図１を参照しつつ説明する。ここで、電力増幅器は、特に、無線通信装置用のもので、マイクロ波モノリシック集積回路（ＭＭＩＣ）化されるものである。
かかる電力増幅器に用いられる本発明の実施の形態における出力段トランジスタは、コレクタ同士が相互に接続された複数のトランジスタからなるトランジスタ列（セル列）ＣLINEが、複数並列に接続されてなるもので、本発明の実施の形態においては、２つのトランジスタ列が並列接続されたものとなっている。

図１には、かかる出力段トランジスタの構成例であって、特に、電極の配置に主眼をおいた構成例が示されている。
本発明の実施の形態における出力段トランジスタは、２つの単位セル列用コレクタ電極配線１，２を有してなるコレクタ電極配線１０１と、複数のエミッタ電極２５〜３４が形成されてなるエミッタ電極配線１０２と、複数のベース電極３５〜４４が形成されてなる２つのベース電極配線１０３ａ，１０３ｂとに大別されて構成されたものとなっている（詳細は後述）。

コレクタ電極配線１０１には、２つの単位セル列用コレクタ電極配線１，２が、平行するようにして、それぞれの一方の端部が、出力用配線３によって相互に接続されたものとなっている一方、２つの単位セル列用コレクタ電極配線１，２の他方の端部は、セル列間接続配線４により相互に接続されたものとなっている。
単位セル列用コレクタ電極配線１，２は、いずれも基本的に同一の構成を有してなるもので、以下、一方の単位セル列用コレクタ電極配線１について、説明し、その説明を以て、他方の単位セル列用コレクタ電極配線２の説明に代えることとする。なお、以下の一方の単位セル列用コレクタ電極配線１の説明において、
構成要素の符号の後に他方の単位セル列用コレクタ電極配線２の対応する構成要素の符号を必要に応じて括弧書きで表記することとする。

単位セル列用コレクタ電極配線１（２）は、その平面全体外観形状が矩形状、すなわち、より具体的には長方形状に形成されると共に、その長手軸方向（図１においては、紙面左右方向）の一方の側縁部分には、長手軸方向において適宜な間隔を隔てて複数のコレクタ電極１１〜１６（１７〜２２）が直線状に配設されている。
単位セル列用コレクタ電極配線１は、予め定められた単位セル数により一つ多い数のコレクタ電極が形成されるものとなっている。すなわち、本発明の実施の形態においては、単位セル列用コレクタ電極配線１（２）は、単位セル数が５であるため、６つのコレクタ電極１１〜１６（１７〜２２）が設けられたものとなっている。
これは、単位セル列用コレクタ電極配線１（２）においてそれぞれ端部に位置するコレクタ電極１１，１６（１７，２２）を除いて、他のコレクタ電極１２〜１５（１８〜２１）は、隣接する単位セルにおけるコレクタ電極として共用されるものとなっているためである。

なお、ここで、単位セルは、１つのトランジスタが形成される単位であり、図１に示された構成例においては、便宜的に、以下に述べるように各単位セルに符号を付している。
すなわち、一方の単位セル列用コレクタ電極１においては、セル列間接続配線４側から順に、Ｔｒ１ａ、Ｔｒ２ａ、Ｔｒ３ａ、Ｔｒ４ａ、Ｔｒ５ａとし、他方の単位セル列用コレクタ電極配線２においては、セル列間接続配線４側から順に、Ｔｒ１ｂ、Ｔｒ２ｂ、Ｔｒ３ｂ、Ｔｒ４ｂ、Ｔｒ５ｂとしている。

したがって、単位セル列用コレクタ電極配線１（２）において、コレクタ電極１１，１２（１７，１８）は、単位セルＴｒ１ａ（Ｔｒ１ｂ）において用いられ、コレクタ電極１２，１３（１８，１９）は、単位セルＴｒ２ａ（Ｔｒ２ｂ）において用いられ、コレクタ電極１３，１４（１９，２０）は、単位セルＴｒ３ａ（Ｔｒ３ｂ）において用いられ、コレクタ電極１４，１５（２０，２１）は、単位セルＴｒ４ａ（Ｔｒ４ｂ）において用いられ、コレクタ電極１５，１６（２１，２２）は、単位セルＴｒ５ａ（Ｔｒ５ｂ）において用いられるものとなっている。
かかるコレクタ電極１１〜１６（１７〜２２）は、単位セル列用コレクタ電極配線１（２）の長手軸方向において適宜な間隔を隔てて、かつ、長手軸方向対して直交するように側縁部分から外向へ向かって矩形状に突出形成されたものとなっている。

すなわち、一方の単位セル列用電極配線１におけるコレクタ電極１１〜１６と、他方の単位セル列用電極配線２における１７〜２２は、それぞれの側縁部分から互いに反対方向へ突出形成されたものとなっている。
また、２つの単位セル列用電極配線１，２は、その長手軸方向（図１においては紙面左右方向）、すなわち、換言すれば、コレクタ電極１１〜１６、１７〜２２の配設方向における長さが同一に設定されている。

一方の単位セル列用コレクタ電極配線１と他方の単位セル列用コレクタ電極配線２を、一方の端部で接続する出力用配線３は、その平面全体外観形状が長方形状に形成され、その長手軸方向（図１において紙面上下方向）の一方の側縁部分に、上述した２つの単位セル列用コレクタ電極配線１，２が、適宜な間隔を隔てて、平行し、かつ、出力用配線３に対して直交するように、出力用配線３と一体形成されて設けられたものとなっている。

この出力用配線３において、単位セル列用コレクタ電極配線１，２のそれぞれの端部近傍に位置する部位は、それぞれの出力端子５，６とされている。
また、セル列間接続配線４は、矩形状に形成されて、２つの単位セル列用電極配線１，２の他方の端部、すなわち、出力用配線３を介して接続された端部と反対側の端部を接続するものとなっている。

エミッタ電極配線１０２は、平面全体外観形状が長方形状に形成されると共に、その長手軸方向（図１において紙面左右方向）の対向する２つの側縁部分には、それぞれ適宜な間隔を隔てて、５つづつエミッタ電極２５〜２９、３０〜３４が、長手軸に対して直交するように外向へ矩形状に突出形成されたものとなっている。

このエミッタ電極配線１０２は、コレクタ電極配線１０１の下層側に配設されるものとなっており、その際、エミッタ電極２５〜２９は、一方の単位セル列用コレクタ電極１の長手軸方向に対して直交し、かつ、その先端部分が先に説明した各単位セルＴｒ１ａ〜Ｔｒ５ａにおいて対応するコレクタ電極１１〜１６の間に、それぞれ位置するように、また、エミッタ電極３０〜３４は、他方の単位セル列用コレクタ電極２の長手軸方向に対して直交し、かつ、その先端部分が先に説明した各単位セルＴｒ１ｂ〜Ｔｒ５ｂにおいて対応するコレクタ電極１７〜２２の間に、それぞれ位置するように配設されたものとなっている。
そして、かかるエミッタ電極配線１０２は、バイアホール７を介して接地されるものとなっている。

ベース電極配線１０３ａ，１０３ｂは、２つの単位セル列用コレクタ電極配線１，２に対応して設けられているもので、いずれも全体外観形状が比較的細長の長方形状に形成されると共に、その長手軸方向（図１において紙面左右方向）の一方の側縁部分に先のエミッタ電極２５〜２９、３０〜３４の間隔に対応するようにしてベース電極３５〜３９、４０〜４４が突出形成されてなるものである。
すなわち、一方のベース電極配線１０３ａにおいて、ベース電極３５〜３９は、ベース電極配線１０３ａの長手軸方向において、その一方の側縁部分から長手軸に対して直交するように矩形状に突出形成されており、各々の間隔は、エミッタ電極２５〜２９の間隔に一致するものとなっている。

また、他方のベース電極配線１０３ｂにおいても、ベース電極４０〜４４は、ベース電極配線１０３ｂの長手軸方向において、その一方の側縁部分から長手軸に対して直交するように矩形状に突出形成されており、各々の間隔は、エミッタ電極３０〜３４の間隔に一致するものとなっている。
そして、ベース電極配線１０３ａは、ベース電極３５〜３９の各々の先端部分が、適宜な間隔を介してエミッタ電極２５〜２９の先端部分と対向するように配設され、また、ベース電極配線１０３ｂは、ベース電極４０〜４の各々の先端部分が、適宜な間隔を介してエミッタ電極３０〜３４の先端部分と対向するように配設されるものとなっている。

かかる構成においては、例えば、単位セルＴｒ１ａを例に採れば、この単位セルＴｒ１ａにおいては、コレクタ電極１１，１２、エミッタ電極２５及びベース電極３５を有して一つのバイポーラトランジスタが形成されたものとなっている。Ｔｒ２ａ〜Ｔｒ５ａ、Ｔｒ１ｂ〜Ｔｒ５ｂについても、個々の説明は省略するが、Ｔｒ１ａ同様に、それぞれ一つのバイポーラトランジスタが、図１に示されたコレクタ電極、エミッタ電極及びベース電極を有するものとなっている。

図２には、かかる構成における出力段トランジスタの電気的等価回路が示されており、以下、この等価回路について説明する。
なお、図１に示された構成要素と対応するものについては、同一の符号を付すものとする。また、便宜上、単位セルを表す符号Ｔｒ１ａ〜Ｔｒ５ａ、Ｔｒ１ｂ〜Ｔｒ５ｂは、同時に、それぞれの単位セルにおいて形成されるトランジスタの符号とする。

図１に示されたように構成された結果、Ｔｒ１ａ〜Ｔｒ５ａは、単位セル列用コレクタ配線電極１によりコレクタ同士が、また、Ｔｒ１ｂ〜Ｔｒ５ｂは、単位セル列用コレクタ配線電極２によりコレクタ同士が、それぞれ相互に接続された回路構成となる（図２参照）。
そして、Ｔｒ５ａのコレクタ側が出力端子５に、Ｔｒ５ｂのコレクタ側が出力端子６に、それぞれ接続されると共に、これら２つの出力端子５，６は、先の出力用配線３を用いたことにより、相互に接続された回路構成となる。
一方、Ｔｒ１ａとＴｒ１ｂの各々のコレクタ側もセル列間接続配線４により相互に接続された回路構成となる。

また、Ｔｒ１ａ〜Ｔｒ５ａの各々のベースは、先に説明したベース電極配線１０３ａの使用により、相互に接続された回路構成となり、また、同様に、Ｔｒ１ｂ〜Ｔｒ５ｂの各々のベースも、先に説明したベース電極配線１０３ｂの使用により、相互に接続された回路構成となる。なお、図２においては、図示を省略してあるが、Ｔｒ１ａ〜Ｔｒ５ａの各々のベースと、Ｔｒ１ｂ〜Ｔｒ５の各々のベースは、相互に接続されて同一の入力信号が印加されるものとなっている。

次に、かかる構成における本発明の実施の形態における出力段トランジスタの動作特性について、図３乃至図５に示された各種の特性図及び、図８乃至図１０に示された従来回路における同様な各種の特性図を参照しつつ説明する。
最初に、図３に示された特性線図について説明する。
図３は、本発明の実施の形態における出力段トランジスタの各単位セルのトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ５ａ（又はＴｒ１ｂ〜Ｔｒ５ｂ）の出力飽和時のコレクタ・エミッタ間電流Ｉｃｅの時間変化の例を示した特性線図である。なお、同図においては、Ｔｒ１ａ〜Ｔｒ５ａとＴｒ１ｂ〜Ｔｒ５ｂの特性は同一であるので、Ｔｒ１〜Ｔｒ５の表記を用いたものとしている。これは、以下説明する図４及び図５についても同様である。

具体的には、動作周波数１．９５ＧＨｚ、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅ＝３．５Ｖ、一つのセル列における単位セル数５とした場合における特性例である。
なお、図８には、図６に示された従来回路において同様な条件下での特性例が示されている。図８においては、Ｔｒ１ａ〜Ｔｒ５ａとＴｒ１ｂ〜Ｔｒ５ｂの特性は同一であるので、Ｔｒ１〜Ｔｒ５の表示を用いたものとしている。これは、以下に説明する図９及び図１０についても同様である。

双方を比較して見ると、各単位セルにおけるコレクタ・エミッタ間電流Ｉｃｅのピーク値は、本発明の実施の形態の出力段トランジスタにあっては、従来回路に比してより均一化していることが確認できる。
具体的には、従来回路におけるトランジスタＴｒ５に比して、本発明の実施の形態におけるトランジスタＴｒ５のピーク値は、明らかに低下する一方、トランジスタＴｒ１のピーク値が、従来回路に比して上昇し、全体としてトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５のピーク値の均一化が実現されたものとなっている。

図４は、本発明の実施の形態における出力段トランジスタの各単位セルのトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ５ａ（又はＴｒ１ｂ〜Ｔｒ５ｂ）のコレクタから負荷側を見た場合のインピーダンスをシミュレーションにより求めた結果を、特性インピーダンスＺ0＝５Ωのスミスチャートに示したインピーダンス特性図である。
具体的には、動作周波数１．９５ＧＨｚとし、各単位セルのトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ５ａ、Ｔｒ１ｂ〜Ｔｒ５ｂのコレクタとアースとの間に５Ωの純抵抗器を接続し、これを単位セルのトランジスタの代替として、シミュレーションを行って得られた特性図である。
なお、図９には、図６に示された従来回路において同様な条件下での特性例が示されている。

ここで、５Ωの純抵抗器により単位セルの代替としたのは、次のような理由によるものである。すなわち、トランジスタのコレクタ・エミッタ電流Ｉｃｅ対コレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅ静特性カーブ上に、負荷曲線を描く場合、先の図３（又は図８）におけるコレクタ・エミッタ間電流Ｉｃｅのピークは、ニー電圧付近に依存する一方、ニー電圧は、コレクタ・エミッタ間のトランジスタ内部抵抗（５Ω程度）に依存する。そこで、Ｉｃｅのピーク時における各単位セルのトランジスタのインピーダンス状態を５Ωの純抵抗器に置き換えたものである。
図４及び図９の双方を比較して見ると、各単位セルにおけるインピーダンスは、本発明の実施の形態の出力段トランジスタが、従来回路に比してより均一化していることが確認できる。

図５は、動作周波数を変化させて、本発明の実施の形態における出力段トランジスタの各単位セルのトランジスタＴｒ１ａ〜Ｔｒ５ａ（又はＴｒ１ｂ〜Ｔｒ５ｂ）のコレクタから負荷側を見た場合のインピーダンスをシミュレーションにより求めた結果を、特性インピーダンスＺ0＝５Ωのスミスチャートに示したインピーダンス特性図である。
具体的には、動作周波数１０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚとした場合の特性図である。なお、単位セルのトランジスタを５Ωの純抵抗器で代替した点は、図４で説明したと同様であるので、ここでの再度の詳細な説明は省略する。
なお、図１０には、図６に示された従来回路において同様な条件下での特性例が示されている。

図５及び図１０の双方を比較して見ると、動作周波数を変化させた場合にあっても、各単位セルにおけるインピーダンスは、本発明の実施の形態の出力段トランジスタが、従来回路に比してより均一化していることが確認できる。
電力増幅器の動作は、トランジスタのＩｃｅ−Ｖｃｅ静特性カーブ、動作点及び負荷インピーダンスによって決定されるものであることからすれば、図４，図５に示されたようなインピーダンスの均一性故に、図３に示されたような各単位セルのＩｃｅピーク値の均一性が確保されていることが理解できる。

本発明の実施の形態における電力増幅器における出力段トランジスタの電極配置の構成例を模式的に示す構成図である。 図１に示された電極配置を有する出力段トランジスタの等価回路図である。 本発明の実施の形態における出力段トランジスタの各単位セルにおける飽和出力時のコレクタ・エミッタ間電流Ｉｃｅの時間変化のシミュレーション結果を示す特性線図である。 本発明の実施の形態における出力段トランジスタの各単位セルのコレクタから負荷側を見た場合の特定の動作周波数におけるインピーダンスをシミュレーションにより求めた結果をスミスチャートに示したインピーダンス特性図である。 本発明の実施の形態における出力段トランジスタの各単位セルのコレクタから負荷側を見た場合の特定の動作周波数範囲におけるインピーダンスをシミュレーションにより求めた結果をスミスチャートに示したインピーダンス特性図である。 従来の出力段トランジスタの電極配置を模式的に示す構成図である。 図６に示された電極配置を有する出力段トランジスタの等価回路図である。 図６に示された出力段トランジスタの各単位セルにおける飽和出力時のコレクタ・エミッタ間電流Ｉｃｅの時間変化のシミュレーション結果を示す特性線図である。 図６に示された出力段トランジスタの各単位セルのコレクタから負荷側を見た場合の特定の動作周波数範囲におけるインピーダンスをシミュレーションにより求めた結果をスミスチャートに示したインピーダンス特性図である。 図６に示された出力段トランジスタの各単位セルのコレクタから負荷側を見た場合の特定の動作周波数範囲におけるインピーダンスをシミュレーションにより求めた結果をスミスチャートに示したインピーダンス特性図である。

符号の説明

１，２…単位セル列用コレクタ電極配線
３…出力用配線
４…セル列間接続配線
１０１…コレクタ電極配線
１０２…エミッタ電極配線
１０３ａ，１０３ｂ…エミッタ電極配線

Claims (1)

1. 一つのトランジスタを形成する基本単位である単位セル数に応じた複数のコレクタ電極が形成されてなるコレクタ電極配線と、前記単位セル数に応じた複数のエミッタ電極が形成されてなるエミッタ電極配線と、前記単位セル数に応じた複数のベース電極が形成されてなるベース電極配線とを有してなる出力段トランジスタを用いてなる電力増幅器であって、
   前記コレクタ電極配線は、複数のコレクタ電極が直線状に配設されてなる単位セル列用コレクタ電極配線が２つ平行するようにして、各々の一方の端部で接続されて、当該一方の端部が出力端とされてなり、
   前記エミッタ電極配線は、前記２つの単位セル列用コレクタ電極配線にそれぞれ平行する２つの側縁部分を有し、当該側縁部分には、それぞれ前記単位セル列用コレクタ電極配線における単位セル数に対応する複数のエミッタ電極が形成され、
   前記ベース電極配線は、前記２つの単位セル列用コレクタ電極配線に対応して２つ設けられ、それぞれ前記単位セル列用コレクタ電極配線における単位セル数に対応した複数のベース電極が形成されてなり、
   前記２つの単位セル列用コレクタ電極配線は、コレクタ電極の配設方向における長さが同一で、かつ、それぞれの単位セル数が同一とされる一方、前記出力端として接続された各々の単位セル列用コレクタ電極配線の端部と反対側の端部が配線接続されてなる出力段トランジスタが形成されてなることを特徴とする電力増幅器。

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