CN1416615A - 用于高频晶体管工作点调整的电路布置和放大器电路 - Google Patents
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Abstract
带有高频晶体管(1)的放大器电路具有一个用于工作点调整的电路(2)，其依赖于在连接在高频晶体管(1)的集电极电路中的电阻(3)上下降的电压为高频晶体管(1)提供基极电流(IB)，电路(2)具有一个由供电电压(VS、GND)馈电的差分节(20)，其把在电阻(3)上下降的电压与基准电压比较。电流源(22)依赖于电压差产生基极电流(IB)。该电路(2)仅仅需要低的供电电压，如此在电阻(3)中消耗的功率是低的。以较低数目的元件可以实现该电路(2)。
Description
本发明涉及用于具有电源电位终端以及测量电阻终端的高频晶体管的工作点调整的电路布置和一个具有高频晶体管和如此电路布置的放大器。
高频信号的放大器电路具有一个高频晶体管，要放大的信号在控制输入端上被供给该高频晶体管，并且在该高频放大器中放大的信号输出耦合到负载电路。通过在控制输入端上和在负载电流路径上适当注入直流电流晶体管保持在其工作点。
依赖于供电电流具有高频晶体管的放大器电路有不同的放大特性。因此应用电阻网络或有源电路，以便尽可能不依赖于其制造公差和其温度特性调整放大器晶体管的工作点。
用于高频晶体管工作点调整的电路布置例如是比如在1999年二月24日集成电路BCR 400W的技术说明书中指出的Infineon工艺电路BCR 400。该电路具有二个供电电压终端以及到测量电阻终端的测量终端以及到在双极高频晶体管的基极上的终端的电流输出端。在测量终端和供电电压的正极之间连接的外部测量电阻连接在高频晶体管的集电极电流路径中。外部测量电阻为100至220Ω。处在这个外部电阻上的电压降为大约600mV。在具有低供电电压的设备中、特别是以电池驱动的设备、由此限制放大器电路的最大输出功率。由于在测量电阻上非微不足道的电流消耗限制电池驱动的设备的工作时间。
本发明的任务在于，给出一个用于高频晶体管工作点调整的电路布置，该电路布置可以工作在较低供电电压的情况下并且具有低的功率消耗。
一个另外的任务在于，给出一个具有如此的、用于工作点调整的电路布置的放大器电路。
根据本发明通过用于高频晶体管的工作点调整的电路布置解决关于工作点调整的电路布置的任务，包含：一个第一电源电位终端和一个第二电源电位终端；一个测量终端，在该终端上连接一个测量电阻，该电阻与高频晶体管的负载电流路径串联；一个输出终端，在该输出终端上耦合高频晶体管的控制终端；一个差分节，其关于供电电压与第一和第二电源电位的终端连接并且具有一个与基准电压源连接的第一信号输入端和与测量终端连接的第二信号输入端；由差分节控制的电流源，其与输出终端连接。
带有如此电路布置的放大器电路具有：一个电阻，其连接在第一电源电位的终端和该电路布置的测量终端之间，一个高频晶体管，其集电极与该电路布置的测量终端直流耦合并且其基极与该电路布置的输出终端直流耦合，其基极与高频输入信号的输入终端耦合并且其集电极与高频输出信号的输出终端耦合。
根据本发明的电路布置具有一个由供电电压馈电的差分节，其把在测量电阻上的电压与基准电压比较。依赖于此控制电流源的电流，该电流源连接在高频晶体管的控制终端上、例如连接在双极HF晶体管的基极终端上。通过差值形成能够，预先规定一个低的基准电压，在外部测量电阻上下降的电压与该基准电压比较。在实际中基准电压处于大约100mV。二个电压的差值控制该电路的电流输出。
在本发明的扩展中预先规定一个第一镜像电流电路，由电流源馈电其输入路径，在其输出路径中连接一个电阻，在该电阻上电压为基准电压。第一晶体管的控制终端连接在把第一镜像电流电路的输入支路和输出支路连接的控制线上。负载电流方面测量电阻连接在第一晶体管上。依赖于在存在于测量电阻上的电压和在第一镜像电流中的电阻上产生的基准电压之间的差值控制第一晶体管的负载电流。通过第二电流镜像形成电流方式控制在发射极电路中工作的输出晶体管。这个输出晶体管的负载电流或第二晶体管用于在高频晶体管的控制终端中注入电流。代替唯一输出晶体管由至少二个晶体管形成的Darlington电路也是适用的，其具有较高的电流驱动能力。
通过传统方式形成在第一镜像电流电路的输入支路中的电流源。为此预先规定一个晶体管，其负载电流路径经过电阻与参考电位连接，其控制终端经过多个二极管的串联电路同样与参考电位连接。在该晶体管的负载电流路径的另一个终端上可以截取恒定电流。
通过晶体管的控制终端与负载电流路径在输入支路中耦合，这样以传统方式实现第一镜像电流。这个晶体管的控制终端此外在输出支路中连接在晶体管的控制终端上。
在第一电流镜像形成中的晶体管是双极pnp晶体管。形成差分放大器的第二晶体管以及输出方面的电流源晶体管同样是双极pnp晶体管。代替双极晶体管以MOS晶体管可以实现该电路布置。对此用n沟道MOS晶体管代替npn晶体管，用p沟道MOS晶体管代替pnp晶体管。
根据本发明的电路有这样的优点，仅仅要求相对少的元件。根据较低的综合性该电路适合在小的、低成本的标准机壳中。在大约2伏的较低驱动电压的情况下使用电路的电流调整。在调整回路中的信号不具有相移，如此该调整有高度的稳定性。电路的温度特性与双极放大器晶体管的温度特性成反比，如此放大器电路有尽可能温度稳定的放大特性。
下面根据在图中描述的实施例详细阐述本发明。
图1指出了包括一个在集成电路中实现的、用于工作点调整的电路布置在内的放大器电路的方框图，
图2指出了用于工作点调整的电路布置以晶体管的实现。
在图1中指出的放大器电路具有一个双级npn高频晶体管1，其基极终端与要放大的高频信号RFIN的输入终端10连接，其集电极终端经过用于工作点调整的电阻3连接在正电源电位VS上。晶体管1的发射极连接在参考电位(地)GND上。可以在连接在晶体管1的集电极上的输出终端11上截取高频输出信号RFOUT。用于工作点调整的电路布置2具有一个输出端26，其引导馈入晶体管1基极的注入电流。通过给晶体管1提供通过电阻3调整的集电极电流IC和匹配于此的基极电流IB调整晶体管1的工作点。每个附加于终端10和11的隔直电容18或者17用于阻隔输入与输出终端的直流电流IB或者IC。此外在负载电流路径或集电极电流路径中预先规定一个电感13以及在基极供电电流中预先规定一个电感14与电阻15串联以及各自对地连接的电容12或16，以便要放大的高频信号与直流供电电流去耦。
用于工作点调整的电路2具有正电源电位VS的一个终端23、放大器晶体管1的集电极电流路径的测量电阻3连接其上面的一个终端24和参考电位GND的一个终端25。可以在终端26上截取注入的、依赖于供电电压VS、GND和流经测量电阻3的电流调整的基极电流。该电路2具有一个差分节20，由供电电压VS、GND给该差分节馈电。差分节20的负输入端与基准电压源21连接，该基准电压源施加于电源电位VS的终端23上。差分节20的正输入端引向终端24并且截取在测量电阻3上下降的电压。依赖于由差分节20确定的电压差控制电流源22，其提供在终端26上的基极电流IB。
在图2中详细描述了电路布置2的实现。相应的元件具备相同的参考符号。该电路具有一个电流源30，其连接在参考电位终端25上并且输出端方面在一个终端26上提供恒定电流。该电流源包含一个双极晶体管33，其发射极经过电阻34与参考电位终端25连接。该晶体管33的基极经过二个串联的双极二极管31、32与参考电位终端25连接。经过一个电阻35由正电源电位VS的终端23给二极管31、32的串联电路供应电流。在电流源30的终端36上提供的恒定电流馈入镜像电流电路40的输入支路。镜像电流电路40输入端方面包含一个双极晶体管41、其集电极和基极相互连接。晶体管41的集电极终端与电流源30连接，发射极终端与正电源电位VS的终端23连接。电流镜像形成40的输出支路包含一个双基晶体管42，其集电极直接连接在参考电位终端25上，其发射极经过一个电阻43连接在电源电位终端23上。晶体管42与晶体管41相比可以引导较高的电流。其作为多发射极晶体管实现或作为多个晶体管的并联电路实现。基极方面晶体管42与晶体管41的基极连接。经过电流镜像形成40相应放大地在电阻43上提供由电流源36提供的恒定电流，如此在电阻43的电流镜像形成方面的终端44上调整涉及正电源电位VS的恒定电压。
一个另外的双极晶体管50发射极方面具有一个电阻51，其连接在电源电位终端23上。晶体管50的基极连接在这个在电流镜像形成40的形成输入支路和输出支路的晶体管41和42之间的连接线45上，也就是晶体管41和42的基极终端的连接线。晶体管50的发射极此外连接在终端24上，在该终端上存在高频放大器晶体管1的集电极电流的测量电阻3。晶体管50也工作在共基电路中。依赖于流经测量电阻3的电流影响晶体管50的基极-发射极电压并因此影响其集电极电流。在测量电阻3上下降的电压与在电路节点44或电阻43上存在的恒定电压单独比较，并且依赖于在这个在电阻3上下降的电压和处于电阻43上的恒定电压之间的电压差调整双极晶体管的集电极电流。通过连接在参考电位终端25上的电流镜像形成60反映晶体管50的集电极电流，并且该集电极电流被供给形成电流源22的双基晶体管70的基极终端。电流镜像形成60输入端方面包含一个具有耦合的集电极和基极终端的晶体管61以及输出端方面包含一个晶体管62，其基极与晶体管61的基极连接。晶体管62的集电极与晶体管70的基极连接。晶体管62作为双发射极晶体管实现，这样有益地放大、例如加倍在电流镜像形成60的输入和输出路径中的电流。晶体管70的发射极处于电位VS，晶体管70也工作在共发射极电路中。
唯一晶体管70的一种选择由二个或多个晶体管形成的(没有描述)Darlington电路也可以形成该电流源22。与唯一晶体管相比Darlington电路具有较高的电流驱动能力。在一个由二个pnp晶体管形成的Darington电路中第一Darlington晶体管的发射极终端与终端23连接。第二Darlington晶体管的发射极与第一Darlington晶体管的基极连接。第二Darlington晶体管的基极与电流镜像形成60的输出支路连接。Darlington晶体管的集电极终端彼此连接并且连接在输出终端26上。
通过用于高频晶体管1的工作点调整的电路布置依赖于根据电流源30提供的恒定电流在电阻43上产生一个恒定电压，并且此外通过差值形成借助于在其基极终端上耦合的晶体管42、50以在晶体管50上馈入的测量电压产生依赖于该差值的、晶体管50的集电极电流，在镜像形成并放大之后在终端26上作为输出电流提供该集电极电流。
电流源30的晶体管31、32、33以及电流镜像形成60的晶体管61、62是npn双极晶体管。电流镜像形成40的晶体管41、42以及晶体管50和电流源晶体管22是pnp双极晶体管。每个npn和pnp晶体管的负载电流路径是其集电极-发射极电流路径。每个晶体管的控制终端是其基极终端。所描述的实施使在较低电压下的运行成为可能。在2V工作电压VS、GND的情况下使用该调整。该电路具有概括数目的晶体管和电阻，这些晶体管和电阻在集成实现时对硅表面仅仅要求较低的需求。整体集成电路可以轻而易举地安置在一个小的、按照标准的4针外壳中。
代替已指出的、以双极半导体工艺的实现，以MOS工艺也可以实现该电路。代替指出的双极晶体管31、32、33、61、62可以应用n沟道MOS晶体管。代替指出的pnp双极晶体管41、42、51、22可以应用p沟道MOS晶体管。MOS晶体管的负载电流路径是其漏极-源极区间。MOS晶体管的控制电极是其栅电极。
众所周知，在双极晶体管的基极-发射极区间上下降的电压是依赖温度的。随着上升的温度基极-发射基电压下降。对于升高的温度在晶体管50的基极-发射极区间上下降的电压差具有负系数，如此在终端26上提供的基极电流同样有负温度系数。由此调低双极高频放大器晶体管1的集电极电流。该电路2的温度特性与晶体管1的温度特性相反，如此晶体管1的工作点保持温度稳定。
Claims (10)
1.用于高频晶体管的工作点调整的电路布置，包含
-第一电源电位(VS)的终端(23)和第二电源电位(GND)的终端(25)；
-一个测量终端(24)，测量电阻(3)连接在该终端上，该测量电阻与高频晶体管(1)的负载电流路径串联；
-一个输出终端(26)，高频晶体管(1)的控制终端耦合在输出终端上；
-一个差分节，其按照供电电压与第一和第二电源电位的终端(23、25)连接并且具有与基准电压源(21)连接的第一信号输入端(-)和与测量终端(24)连接的第二信号输入端(+)；
-一个由差分节(20)控制的电流源(22)，其与输出终端(26)连接。
2.按照权利要求1的电路布置，其特征在于，第一镜像电流电路(40)，具有一个输入路径(41)、其与连接在第二电源电位的终端(25)上的电流源(30)连接，并具有一个输出路径(42)、其经过控制线(45)与输入路径(41)耦合并且其经过第一电阻(43)与第一电源电位的终端(23)连接，并且其特征在于一个第一晶体管(50)，其基极与连接第一镜像电流电路(40)的路径的控制线(45)连接，其发射极经过第二电阻(51)与第一电源电位(VS)的终端(23)并与测量终端(24)连接。
3.按照权利要求2的电路布置，其特征在于，共发射极电路中的第二晶体管(70)，其基极经过第二镜像电流形成(60)与第一晶体管(50)连接并且其集电极与输出终端(26)连接。
4.按照权利要求2或3的电路布置，其特征在于，电流源(30)包含晶体管(33)的负载电流路径，该电流负载路径一方面与第一电流镜像形成(40)的输入支路(41)连接，并且另一方面经过电阻(34)与第二电源电位(GND)的终端(25)连接，该晶体管(33)的控制终端经过由至少二个二极管(31、32)形成的串联电路与第二电源电位的终端(25)连接。
5.按照权利要求2或3的电路布置，其特征在于，第一电流镜形成(40)的输入支路(41)具有一个晶体管的负载区间，其控制终端与其负载区间耦合，并且第一电流镜像形成(40)的输出支路具有另一个晶体管(42)的负载区间，其控制终端与输入支路的晶体管(41)的控制终端耦合。
6.按照权利要求5的电路布置，其特征在于，第二电流镜像形成(60)具有一个第一晶体管(61)，其负载电流路径与第二晶体管(50)的负载电流路径耦合，其控制终端与其负载电流路径耦合，并且具有一个第二晶体管(62)，其负载电流路径与第二晶体管(70)的负载电流路径连接，第二电流镜像形成(60)的晶体管(61、62)的控制终端彼此耦合。
7.按照权利要求5的电路布置，其特征在于，第一电流镜像形成(40)的晶体管(41、42)是pnp晶体管或n沟道MOS晶体管。
8.按照权利要求3的电路布置，其特征在于，第一和第二晶体管(50、70)是pnp晶体管或p沟道MOS晶体管。
9.按照权利要求1或2的电路布置，其特征在于，电流源(22)作为具有至少二个晶体管的Darlington电路实施。
10.具有按照权利要求1至9之一的电路布置的放大器电路，其特征在于，一个电阻(3)，其连接在第一电源电位(VS)的终端(23)和该电路布置的测量终端(24)之间，一个高频晶体管(1)，其集电极与该电路布置的测量终端(24)直流耦合，其基极与该电路布置的输出终端(26)直流耦合，其基极与高频输入信号(RFIN)的输入终端(10)连接，其集电极与高频输出信号(RFOUT)的输出终端(11)连接。
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