CN102843103A - 偏置电路 - Google Patents

Abstract

本发明的偏置电路用于抑制动作晶体管的发射极电压的温度依赖性。将偏置电流Ib经由第一电阻R3、R4和第一晶体管Q7提供给动作晶体管Q8的基极。包括至少一个电流镜电路，与偏置电流Ib相应的对应电流Ib’流过第二晶体管Q3。第三晶体管Q2与第一晶体管共连基极，流过对应电流Ib’，第二电阻R2得到与上述第一电阻R3中的压降对应的压降。第四晶体管Q1在发射极侧接收基准电压Vref，基极与上述第三晶体管Q2的发射极侧相连接。通过第四晶体管Q1的1VBE来抵消动作晶体管Q8的1VBE，通过上述第三晶体管Q2的1VBE来抵消第二晶体管Q7的1VBE，由此在动作晶体管Q8的发射极侧设定基准电压Vref。

Description

偏置电路

技术领域

本发明涉及一种将偏置电流提供给动作晶体管的基极的偏置电路。

背景技术

以往，在差动放大器等中，具有如图4所示那样的发射极共连的一对差动晶体管Q51、Q52，该发射极与恒电流电路相连接。而且，信号输入到差动晶体管Q51、Q52，但是该差动晶体管被提供来自偏置电路的偏置电流后能够进行与输入信号相应的动作。

在图4中，具有电源V51、电阻R51、R52，将电源V51的输出电压经由电阻R51、R52提供给差动晶体管Q51、Q52的基极作为偏置电压。

然而，在双极型晶体管中，基极发射极间电压VBE、直流电流放大率hfe等参数具有温度依赖性。因而，当使用如图4那样的偏置电路时，差动晶体管Q51、Q52的发射极电位具有温度依赖性。

专利文献1：日本特开平8-340224号公报

发明内容

发明要解决的问题

在使要求低电压动作的电路、混合电路(MIX)等的动态范围(D-range)比较窄的应用电路在较大的温度范围内进行动作的情况下，需要使动作点(发射极、集电极电位)不具有温度依赖性地确保动态范围。

用于解决问题的方案

本发明是一种偏置电路，使用于动作晶体管，其特征在于，具有：第一电阻，其配置在将偏置电流提供给上述动作晶体管的基极的路径上；第一晶体管，流过该第一电阻的偏置电流流经该第一晶体管；第二晶体管，其包括在电流镜电路中，与上述偏置电流对应的对应电流流经该第二晶体管；第三晶体管，其基极与上述第一晶体管的基极共连，上述对应电流流经该第三晶体管；第二电阻，上述对应电流流经该第二电阻，得到与上述第一电阻中的压降对应的压降；以及第四晶体管，其在发射极侧接收基准电压，该第四晶体管的基极与上述第三晶体管的发射极侧相连接，其中，通过上述第四晶体管的基极发射极间电压来抵消上述动作晶体管的基极发射极间电压，通过上述第三晶体管的基极发射极间电压来抵消上述第二晶体管的基极发射极间电压，由此在上述动作晶体管的发射极侧设定上述基准电压。

另外，优选上述第一电阻配置在上述第一晶体管的发射极与上述动作晶体管的基极之间，上述第二电阻配置在上述第三晶体管的发射极与上述第四晶体管的基极之间。

发明的效果

根据本发明，能够将动作晶体管的发射极电压设定为基准电压，能够抑制发射极电压的温度依赖性。

附图说明

图1是表示实施方式的偏置电路的结构的图。

图2是表示偏置电路的温度特性的图。

图3是表示其它实施方式的偏置电路的结构的图。

图4是表示以往的偏置电路的结构的图。

附图标记说明

CC1~CC3：恒电流电路；Q1~Q15：晶体管；R1~R7：电阻。

具体实施方式

下面，根据附图来说明本发明的实施方式。

图1示出包括实施方式所涉及的偏置电路的电路结构。

NPN型差动晶体管Q8、Q9的发射极共连，该发射极经由恒电流电路CC2与接地端相连接。在此，将差动晶体管Q8、Q9的发射极电压设为Ve。差动晶体管Q8、Q9是差动放大器的一部分，将一对互补信号、即信号Vin_P和信号Vin_N提供给差动晶体管Q8、Q9的基极。而且，分别经由电阻R3、R4将偏置电流提供给该晶体管Q8、Q9的基极。

作为流过电阻R3、R4的电流之和的电流值Ib是在不存在信号Vin_P和信号Vin_N的情况下的差动晶体管Q8、Q9的基极电流(偏置电流)，该电流值Ib基本上是根据电阻R3、R4的电阻值来决定的，设定为差动晶体管Q8、Q9所要求的适当的值(适合于差动放大器的偏置电流值)。

电阻R3、R4的下侧端分别与差动晶体管Q8、Q9相连接，电阻R3、R4的上侧端经由晶体管Q7、Q6与电源VCC相连接。即，PNP晶体管Q6的发射极与VCC相连接，PNP晶体管Q6的集电极与NPN晶体管Q7的集电极相连接，晶体管Q7的发射极与电阻R3、R4的上侧端相连接。

晶体管Q6的集电极与基极间短路，该晶体管Q6的基极与PNP晶体管Q5的基极相连接，该PNP晶体管Q5的发射极与VCC相连接。因而，晶体管Q6与晶体管Q5构成电流镜，与流过晶体管Q6的电流相应的电流(例如同一电流)流过晶体管Q5。

晶体管Q5的集电极与NPN晶体管Q4的集电极相连接，该NPN晶体管Q4的发射极与接地端相连接。该晶体管Q4的集电极与基极间短路，该晶体管Q4的基极与NPN晶体管Q3的基极相连接，该NPN晶体管Q3的发射极与接地端相连接。因而，晶体管Q4与晶体管Q3构成电流镜，流过晶体管Q5的电流流过晶体管Q4，晶体管Q3中也流过与流过该晶体管Q4的电流相应的电流Ib’。例如，如果晶体管Q3的发射极面积为晶体管Q4的发射极面积的N倍，则Ib’=N·Ib，Ib的N倍的电流流过晶体管Q3。

晶体管Q3的集电极经由电阻R2与NPN晶体管Q2的发射极相连接，该晶体管Q2的集电极与VCC相连接。因而，在晶体管Q2、电阻R2中也流过与流过晶体管Q3的电流相同的电流。

另外，电源VCC经由恒电流电路CC1与NPN晶体管Q1的集电极相连接，晶体管Q1的发射极经由电阻R1与接地端相连接。

而且，晶体管Q1的集电极与恒电流电路CC1的连接点连接在晶体管Q2和晶体管Q7的基极，晶体管Q1的基极连接在电阻R2与晶体管Q3的集电极的连接点。

因而，流过恒电流电路CC1的恒电流流过电阻R1，将电阻R1的上侧电压决定为基准电压Vref，该电阻R1的上侧电压成为晶体管Q1的发射极电压。因此，电阻R2的下侧电压为比基准电压Vref提高与晶体管Q1的基极发射极间电压1VBE相当的电压后的电压Vref+1VBE。当将流过电阻R2的电流设为Ib’时，电阻R2的上侧电压为Vref+1VBE+Ib’·R2。而且，该电压Vref+1VBE+Ib’·R2成为晶体管Q2和晶体管Q 7的发射极侧电压，晶体管Q7的发射极经由电阻R3、R4与差动晶体管Q8、Q9的基极相连接，因此差动晶体管Q8、Q9的发射极电压成为比如下电压下降1VBE的电压：该电压为从Vref+1VBE+Ib’·R2减去电阻R3或者R4的压降而得到的电压。

当设为电阻R2中的压降与电阻R3及R4中的各自的压降相等时，通过晶体管Q1的基极发射极间电压1VBE补偿差动晶体管Q8、Q9的基极发射极间电压1VBE，从而差动晶体管Q8、Q9的发射极电压Ve成为基准电压Vref，成为不存在温度依赖性的电压。

即，在图1的电路中，流过晶体管Q7的电流Ib通过电流镜电路传递，从而与Ib对应的电流Ib’流过晶体管Q2。而且，通过电阻R2来抵消电阻R3、R4中产生的压降。因而，当设为晶体管Q1、Q2、Q7、Q8、Q9的基极发射极间电压VBE相等时，成为Vref＝Ve，能够使差动晶体管Q8、Q9的发射极电压Ve成为不存在温度依赖性的电压。此外，使用带隙(bandgap)电路等容易地使Vref成为不存在温度依赖性的电压。

在此，电阻R2、R3、R4、Ib、Ib’的关系如下。在此，N表示Ib与Ib’的电流比。

[式1]

$\frac{R3\·R4}{R3+R4}\·\mathrm{Ib}=R2\·{\mathrm{Ib}}^{\′},$ N·Ib＝Ib′…(2-1)

整理式(2-1)得到以下式(2-2)。该式表示能够根据基极偏置电阻R3、R4、电流比N来任意地选择R2。

[式2]

$R2=\frac{R3\·R4}{N\·(R3+R4)}...(2-2)$

在此，对图1示出的偏置电路通过仿真进行了动作确认。在该仿真中，使用利用Abic的市场上销售的仿真程序，将式(2-2)中的参数分别设定为N=1、R2=10kohm、R3=20kohm、R4=20kohm，该Abic为时间序列分析程序之一。

图2示出-50℃~150℃的温度范围内的仿真结果。在该图中，用虚线表示使用了图4所示的以往的偏置电路的情况下的差动晶体管的发射极电位Ve(b)。这样，发射极电位Ve(b)大约变动486mV。另一方面，用实线表示使用了本实施方式的偏置电路的情况下的差动晶体管的发射极电位Ve(a)。在该情况下，可知变动为13mV左右，变动大幅降低。

图3示出变形例的电路。在该图3的电路中，在电源VCC为更低的电压的情况下也能够进行动作。即，具有以下特征：将晶体管Q7的集电极侧翻折来设为电流镜电路，由此能够进行比图1所示的电路更低的电压下的动作。

晶体管Q7的集电极经由电阻R7与VCC相连接。而且，该晶体管Q7的集电极与电阻R7的连接点连接在PNP晶体管Q13的发射极，该晶体管Q13的集电极与NPN晶体管Q15的集电极相连接，该NPN晶体管Q15的发射极与接地端相连接。该晶体管Q15的集电极与基极间短路，该晶体管Q15的基极与NPN晶体管Q14的基极相连接，该NPN晶体管Q14的发射极与接地端相连接。因而，晶体管Q15、Q14构成电流镜。而且，晶体管Q14的集电极与晶体管Q4的集电极相连接。

晶体管Q4的集电极与PNP型晶体管Q10的集电极相连接，晶体管Q10的发射极经由电阻R5与VCC相连接。

另外，电源VCC经由电阻R6与PNP晶体管Q11的发射极相连接，该晶体管Q11的集电极经由使恒电流Iref流通的恒电流电路CC3与接地端相连接。晶体管Q11的集电极与基极间短路，晶体管Q11的基极与晶体管Q10的基极相连接。而且，晶体管Q11的基极还与晶体管Q13的基极共连。

在这种电路中，能够用以下式导出电阻R7的两端电压V_R7。即，电阻R6中流过流经恒电流电路CC3的恒电流Iref，因此电阻R7的下侧电压为从如下电压减去晶体管Q11的基极发射极间电压VBE11后再加上晶体管Q13的基极发射极间电压VBE13而得到的电压：该电压为从VCC减去电阻R6的压降Iref·R6而得到的电压。此外，将流过晶体管Q13的电流设为Ifc。另外，Is为饱和电流，V_T为热电压。

[式3]

V_R7＝Vcc-(Vcc-Iref·R6-V_BE11+V_BE13)

＝Iref·R6+V_T·ln(Iref/(Is))-V_T·1n(Ifc/(Is))

＝Iref·R6+V_T·ln(Iref/Ifc)…(3-1)

另外，当将流过电阻R7的电流设为I_R7时，能够用以下式导出Ib’。在此，将晶体管Q3:Q4的电流比设为N(流过晶体管Q4的电流的N倍的电流流过晶体管Q3)。

[式4]

$\mathrm{Ifc}+\mathrm{Ib}=I_{R7}=\frac{V_{R7}}{R7}=\frac{R6}{R7}\mathrm{Iref}+V_T\·\frac{\ln (\mathrm{Iref}/\mathrm{Ifc})}{R7}$

$\mathrm{Ifc}=\frac{R6}{R7}\mathrm{Iref}+V_T\·\frac{\ln (\mathrm{Iref}/\mathrm{Ifc})}{R7}-\mathrm{Ib}$

${\mathrm{Ib}}^{\′}=N(\mathrm{Iref}-(\frac{R6}{R7}\mathrm{Iref}+V_T\·\frac{\ln (\mathrm{Iref}/\mathrm{Ifc})}{R7}-\mathrm{Ib}))...(3-2)$

在此，当设定为R6=R7、Iref/Ifc≈1时，如下表示Ib’。

[式5]

Ib′＝N·Ib…(3-3)

这样，可知式(3-3)为与上述式(2-1)相同的式，图3所示的偏置电路也能够得到与图1所示的偏置电路相同的动作。

根据该图3的电路，存在于晶体管Q8、Q9与电源VCC之间的晶体管仅是晶体管Q7这一个。因而，在电源VCC为低电压的情况下也能够进行动作。

在此，在恒电流电路CC1中使用集电极与电源VCC相连接的PNP晶体管，该PNP晶体管中的压降为发射极集电极间电压，能够使该压降非常小。而且，能够将比该PNP晶体管的发射极电压降低与晶体管Q7的基极发射极间电压1VBE相当的电压后的电压设为电阻R3、R4的上侧电压，即使电源VCC的电压低也能够进行动作。

这样，根据本实施方式的偏置电路，能够将差动晶体管Q8、Q9的发射极电位的温度依赖性抑制为较小。作为一例，示出了在-50℃~150℃的温度范围内能够将发射极电位抑制为13mV以下的变动的情形。因而，在要求低电压动作的电路、MIX等中，能够使动作点不具有温度依赖性地确保动态范围，能够在较大的温度范围内进行动作。

并且，通过采用如图3那样的结构，也能够应对要求低电压动作的情况。

Claims (2)

1.一种动作晶体管的偏置电路，其特征在于，具有：

第一电阻，其配置在将偏置电流提供给上述动作晶体管的基极的路径上；

第一晶体管，流过该第一电阻的偏置电流流经该第一晶体管；

第二晶体管，其包括在电流镜电路中，与上述偏置电流对应的对应电流流经该第二晶体管；

第三晶体管，其基极与上述第一晶体管的基极共连，上述对应电流流经该第三晶体管；

第二电阻，上述对应电流流经该第二电阻，得到与上述第一电阻中的压降对应的压降；以及

第四晶体管，其在发射极侧接收基准电压，该第四晶体管的基极与上述第三晶体管的发射极侧相连接，

其中，通过上述第四晶体管的基极发射极间电压来抵消上述动作晶体管的基极发射极间电压，通过上述第三晶体管的基极发射极间电压来抵消上述第二晶体管的基极发射极间电压，由此在上述动作晶体管的发射极侧设定上述基准电压。

2.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，

上述第一电阻配置在上述第一晶体管的发射极与上述动作晶体管的基极之间，

上述第二电阻配置在上述第三晶体管的发射极与上述第四晶体管的基极之间。

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