JPH05315550A - 増幅回路 - Google Patents

増幅回路

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JPH05315550A
JPH05315550A JP4121780A JP12178092A JPH05315550A JP H05315550 A JPH05315550 A JP H05315550A JP 4121780 A JP4121780 A JP 4121780A JP 12178092 A JP12178092 A JP 12178092A JP H05315550 A JPH05315550 A JP H05315550A
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JP
Japan
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bipolar transistor
stage
terminal
emitter
collector
Prior art date
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Pending
Application number
JP4121780A
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English (en)
Inventor
Toshimichi Ota
順道 太田
Manabu Yanagihara
学 柳原
Osamu Ishikawa
修 石川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波用増幅回路の構成素子数を低減し、特
にMMIC化においてそのチップサイズを飛躍的に小さ
くする。 【構成】 エミッタ接地された前段のバイポーラトラン
ジスタ11のコレクタ端子と、同じくエミッタ接地され
た後段のバイポーラトランジスタ12のベース端子との
間を、DCブロックのためのキャパシタンスを介在させ
ずに直流的に直接接続する。前段の出力バイアス端子と
後段の入力バイアス端子とを、段間バイアス端子16と
して共通化する。両トランジスタのうちの少なくとも後
段トランジスタ12として、エミッタの材料をAlGa
As、ベースおよびコレクタの材料をGaAsとしたヘ
テロ接合バイポーラトランジスタを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は増幅回路、特に高周波用
増幅回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体の分野において、エミッタ
にワイドバンドギャップを用いたヘテロ接合バイポーラ
トランジスタは高速・高周波用のトランジスタとして近
年注目を集めている。例えばエミッタの材料をAlGa
As、ベースおよびコレクタの材料をGaAsとしたヘ
テロ接合バイポーラトランジスタは、現在最も開発が進
んでいる。従来、上記ヘテロ接合バイポーラトランジス
タを用いた高周波用の増幅回路は、通常のSiバイポー
ラトランジスタの場合と同様の回路で構成されていた。
【0003】以下、図面を参照しながら従来の高周波用
増幅回路の数例を説明する。
【0004】図6は2石のトランジスタを用いた増幅回
路の構成を示す回路図であり、図7は1石のトランジス
タを用いた増幅回路の構成を示す回路図である。
【0005】図6において、61および62はそれぞれ
前段および後段トランジスタで、いずれもエミッタ接地
型である。3はDCブロックと呼ばれるバイアス遮断用
のキャパシタンス、4は高周波遮断用のリアクタンス、
7は高周波(RF)入力端子、8はRF出力端子、9は
接地点、65は前段入力バイアス端子、66は前段出力
バイアス端子、67は後段入力バイアス端子、68は後
段出力バイアス端子である。同図において、各ノード6
a、6b、6c、6dに印加されるバイアス電圧は、 Vin=V(6a)=V(6c)<Vout =V(6b)=V(6d) で表され、一般に、AlGaAs/GaAs系ヘテロ接
合バイポーラトランジスタでは、Vin=1.4〜1.5
V、Vout =3〜10V程度に、Si系(ホモ接合)バ
イポーラトランジスタでは、Vin=0.7V、Vout =
5〜20V程度に各々設定される。
【0006】図7において、71はトランジスタで、エ
ミッタ接地型である。また75はバイアス端子で、同図
のように入出力のバイアスを1端子で引き出す場合、入
力側に77および78のレジスタンスを挿入した電圧分
配法が一般に用いられる。同図においても、各ノード7
a、7bに印加されるバイアス電圧は、 Vin=V(7a)<Vout =V(7b) で表される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、入出力バイアスが異なるため、個々にバ
イアス端子を引出したり、電力損失の大きいレジスタン
ス素子を用いたりしていたので、回路の簡略化および低
消費電力化の障害になっていた。さらに、この高周波用
増幅回路を1チップ上に集積化(MMIC化)した場合
には、素子の多さはそのままチップの大きさにつなが
り、エピタキシャル基板等の高価な基板を用いる化合物
半導体では、低コスト化への妨げとなっていた。
【0008】特に、2段増幅回路における段間のDCブ
ロック用キャパシタンスは、大きな容量を必要とするた
め、大容量が作りにくいMMICでは、チップの小型化
はほとんど不可能であった。
【0009】本発明は上記問題点に鑑み、段間のキャパ
シタンスをなくしかつ引き出すバイアス端子を減少し
た、あるいはレジスタンスによる電圧分配法を用いない
高周波用増幅回路を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに請求項1の発明は、エミッタ接地された前段のバイ
ポーラトランジスタと、エミッタ接地された後段のバイ
ポーラトランジスタとを備え、後段のバイポーラトラン
ジスタのベース端子は前段のバイポーラトランジスタの
コレクタ端子に直流回路上直接結線された構成を採用し
たものである。また、請求項2の発明は、少なくとも後
段のバイポーラトランジスタとして、エミッタの材料を
AlGaAs、ベースおよびコレクタの材料をGaAs
としたヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いること
としたものである。
【0011】請求項3の発明は、エミッタ接地されたバ
イポーラトランジスタを備え、該バイポーラトランジス
タのコレクタ端子と同一のバイアスが該バイポーラトラ
ンジスタのベース端子に印加された構成を採用したもの
である。また、請求項4の発明は、バイポーラトランジ
スタとして、エミッタの材料をAlGaAs、ベースお
よびコレクタの材料をGaAsとしたヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタを用いることとしたものである。
【0012】請求項5の発明に係る集積化された増幅回
路は、半導体基板上に形成されかつエミッタ接地された
前段のヘテロ接合バイポーラトランジスタと、前記半導
体基板上に形成されかつエミッタ接地された後段のヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタと、前段のヘテロ接合バ
イポーラトランジスタのコレクタ端子から直接伸長され
かつ特性インピーダンスを徐々に変化させながら後段の
ヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース端子に直接
接続された分布定数線路とを備えた構成を採用したもの
である。
【0013】
【作用】請求項1または2の発明によれば、段間のキャ
パシタンスをなくして前段の出力バイアス端子と後段の
入力バイアス端子とを1つにすることが可能となる。ま
た、請求項3または4の発明によれば、レジスタンスに
よる電圧分配法をなくしてリアクタンスのみでバイアス
を供給することが可能となる。
【0014】また、請求項5の発明に係る集積化された
増幅回路によれば、MMIC化においてそのチップサイ
ズが飛躍的に小さくなり、結果として大幅なコスト低減
が可能となる。しかも、前段のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタの出力インピーダンスと後段のヘテロ接合バ
イポーラトランジスタの入力インピーダンスとの違いに
マッチングさせるように分布定数線路の特性インピーダ
ンスを徐々に変化させているので、段間損失が低減され
る。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例の高周波用増幅回路に
ついて図面を参照しながら説明する。
【0016】図1は本発明の第1の実施例による増幅回
路の構成を示すものである。図1において、11および
12はそれぞれ前段および後段トランジスタで、いずれ
もエミッタ接地型AlGaAs/GaAs系ヘテロ接合
バイポーラトランジスタを用いている。15は前段入力
バイアス端子、16は段間バイアス端子、17は後段出
力バイアス端子である。同図において、各ノード1a、
1b、1cに印加されるバイアス電圧は、 Vin=V(1a)=V(1b)<Vout =V(1c) で表され、例えばVin=1.5V、Vout =5Vに設定
されている。
【0017】図2は本発明の第2の実施例による増幅回
路の構成を示すものである。図2において、21はトラ
ンジスタで、エミッタ接地型AlGaAs/GaAs系
ヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いている。また
25はバイアス端子で、同図のように入出力のバイアス
をそれぞれリアクタンス4のみで引き出している。従っ
て同図においても、各ノード2a、2bに印加されるバ
イアス電圧は、 V(2a)=V(2b)=1.5V で表される。
【0018】図3はヘテロ接合バイポーラトランジスタ
において、入出力バイアスを同一にできることを示すた
めのI−V特性の模式図である。横軸にコレクタ電圧、
縦軸にコレクタ電流をとり、実線はヘテロ接合バイポー
ラトランジスタの特性、破線は比較のためのホモ接合バ
イポーラトランジスタの特性を示している。従来のSi
バイポーラトランジスタ等では、ベース電圧約0.7V
でトランジスタがオンし、かつ同図のようにコレクタ電
圧0.7Vでトランジスタの飽和領域から活性領域へ移
行する。高周波の増幅回路では、必ずトランジスタの活
性領域に動作バイアスを設定するので、この場合、入力
の印加電圧(ベース電圧)は約0.7V、出力の印加電
圧(コレクタ電圧)は、出力にもよるが、数V〜数十V
に設定される。従ってベース電圧とコレクタ電圧を同一
にした同図b点のような動作点では増幅回路として使う
ことはできない。
【0019】一方、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
では、エミッタにワイドバンドギャップのAlGaAs
を用いているために、トランジスタをオンさせるベース
電圧が1.5Vと高い。しかし、ホモ接合バイポーラト
ランジスタと同様にベースとコレクタとの接合はGaA
sのホモ接合なので、飽和領域から活性領域へはコレク
タ電圧約0.7Vで移行する。従って、例えばa点のよ
うにベース電圧とコレクタ電圧を共に1.5Vとした場
合でも、ヘテロ接合バイポーラトランジスタでは、充分
増幅できる活性領域になっている。
【0020】図4に本発明の第1の実施例を用い、かつ
段間における反射損失を小さくするために特性インピー
ダンスが高インピーダンスから低インピーダンスに徐々
に変化する分布定数線路を用いたMMICの作製例を示
す。40は半導体チップで、その表面にMMICが形成
されている。41、42はそれぞれ前後段のヘテロ接合
バイポーラトランジスタで、前段の出力インピーダンス
は後段の入力インピーダンスより高い。43は分布定数
線路で、上記インピーダンスの違いによる段間損失を小
さくするために、その特性インピーダンスは前段出力側
から後段入力側に向かって徐々に低くなるように設計さ
れている。44は配線である。45は前段入力/段間バ
イアスパッド、46は後段出力バイアスパッドで、高周
波遮断用のリアクタンス4を通して各トランジスタ端子
に接続されている。47、48はそれぞれRF入力パッ
ド、RF出力パッドでDCブロックのキャパシタンス3
を介して、それぞれ前段トランジスタの入力、後段トラ
ンジスタの出力に接続されている。49は各トランジス
タのエミッタから伸張された接地パッドである。同図で
明かなように、DCブロックのための各キャパシタンス
3が半導体チップの面積に占める割合は大きく、本発明
による段間のDCブロックの除去は効果的である。
【0021】図5に、図4で作製したMMICの実際の
RF特性の測定結果を示す。同図において、横軸は周波
数を対数間隔で、縦軸は最大有能電力利得をデシベル換
算でプロットしてある。同図で示すように、2段にした
場合の理論上の最大利得は、本プロット方式では単純に
2倍になる。これに対して本発明によるMMICの利得
は、多少の損失はあるものの理論値に近い良好な特性が
得られ、本発明の有効性を立証することができた。
【0022】以上のように本発明の実施例によれば、図
1あるいは図2のように、ヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタの特徴を活かして、トランジスタの入出力バイア
スに同一の電圧を印加することができるので、段間のD
Cブロック用キャパシタンスや電圧分配用のレジスタン
スをなくして、バイアス回路を簡略化でき、回路素子数
を低減できる。また、図4に示すように、特にMMIC
等におけるチップサイズの低減に大幅に寄与できる。
【0023】なお、本発明の実施例において、前段は通
常のSiバイポーラトランジスタでも構成できる。また
当然ながら、通常のハイブリッドで増幅回路を構成する
こともできる。
【0024】
【発明の効果】以上のように請求項1または2の発明に
よれば、2石のバイポーラトランジスタを用いた増幅回
路において前段のコレクタ端子に後段のベース端子を直
接結線した構成を採用したので、段間のキャパシタンス
をなくして前段の出力バイアス端子と後段の入力バイア
ス端子とを1つにすることが可能となる。これにより、
回路の素子数が大幅に低減される。
【0025】また、請求項3または4の発明によれば、
1石のバイポーラトランジスタを用いた増幅回路におい
てコレクタ端子と同一のバイアスをベース端子に印加す
る構成を採用したので、レジスタンスによる電圧分配法
をなくしてリアクタンスのみでバイアスを供給すること
が可能となる。これにより、回路の素子数の低減、低消
費電力化の点で大幅に改善される。
【0026】また、請求項5の発明に係る集積化された
増幅回路によれば、前段のヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタのコレクタ端子と後段のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタのベース端子との間を分布定数線路で直接結
線した構成を採用したので、MMICのチップサイズが
飛躍的に小さくなり、結果として大幅なコスト低減が可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における2段型増幅回路
の回路図である。
【図2】本発明の第2の実施例における1段型増幅回路
の回路図である。
【図3】ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて入
出力バイアスを同一にできることを示すためのI−V特
性の模式図である。
【図4】本発明の第1の実施例により作製したMMIC
型増幅回路の構成図である。
【図5】図4のMMIC型増幅回路の高周波特性を示す
特性図である。
【図6】従来の2段型増幅回路の回路図である。
【図7】従来の1段型増幅回路の回路図である。
【符号の説明】
3 キャパシタンス 4 リアクタンス 7 RF入力端子 8 RF出力端子 9 接地点 11、41、61 前段トランジスタ 12、42、62 後段トランジスタ 15、65 前段入力バイアス端子 16 段間バイアス端子 17、68 後段出力バイアス端子 21、71 トランジスタ 25、75 バイアス端子 40 半導体チップ 43 分布定数線路 44 配線 45 前段入力/段間バイアスパッド 46 後段出力バイアスパッド 47 RF入力パッド 48 RF出力パッド 49 接地パッド 66 前段出力バイアス端子 67 後段入力バイアス端子 77、78 レジスタンス

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エミッタ接地された前段のバイポーラト
    ランジスタと、エミッタ接地された後段のバイポーラト
    ランジスタとを備え、 前記後段のバイポーラトランジスタのベース端子は、前
    記前段のバイポーラトランジスタのコレクタ端子に直流
    回路上直接結線されたことを特徴とする増幅回路。
  2. 【請求項2】 少なくとも後段のバイポーラトランジス
    タとして、エミッタの材料をAlGaAs、ベースおよ
    びコレクタの材料をGaAsとしたヘテロ接合バイポー
    ラトランジスタを用いたことを特徴とする請求項1記載
    の増幅回路。
  3. 【請求項3】 エミッタ接地されたバイポーラトランジ
    スタを備え、 前記バイポーラトランジスタのコレクタ端子と同一のバ
    イアスが該バイポーラトランジスタのベース端子に印加
    されたことを特徴とする増幅回路。
  4. 【請求項4】 バイポーラトランジスタとして、エミッ
    タの材料をAlGaAs、ベースおよびコレクタの材料
    をGaAsとしたヘテロ接合バイポーラトランジスタを
    用いたことを特徴とする請求項3記載の増幅回路。
  5. 【請求項5】 半導体基板上に形成されかつエミッタ接
    地された前段のヘテロ接合バイポーラトランジスタと、 前記半導体基板上に形成されかつエミッタ接地された後
    段のヘテロ接合バイポーラトランジスタと、 前記前段のヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレク
    タ端子から直接伸長され、かつ特性インピーダンスを徐
    々に変化させながら前記後段のヘテロ接合バイポーラト
    ランジスタのベース端子に直接接続された分布定数線路
    とを備えたことを特徴とする集積化された増幅回路。
JP4121780A 1992-05-14 1992-05-14 増幅回路 Pending JPH05315550A (ja)

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JP4121780A JPH05315550A (ja) 1992-05-14 1992-05-14 増幅回路

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5889434A (en) * 1996-11-01 1999-03-30 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Microwave power amplifier

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5889434A (en) * 1996-11-01 1999-03-30 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Microwave power amplifier

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20010321