CN1643780A - 晶体管组合 - Google Patents

Abstract

一晶体管组合，包含了复数晶体管(32，34，36)、一用以馈送一操作电流至该晶体管组合之电流通路(48)、以及复数次要电流通路(50，52，54)，其系自该电流通路(48)而分歧，以分别馈送一操作电流至该等晶体管。一电阻器(60)系连接到该等次要电流通路(50，52，54)之一内，其中跨越该电阻器(60)的一电压系为该晶体管组合的操作电流之一计量。

Description

晶体管组合

本发明是关于一种晶体管组合，且特别是关于一种包含有复数晶体管并联连接而共同作为一功率放大器之晶体管组合。

为了量测一双极性功率晶体管(Bipolar Power Transistor)的集极电流，一电阻器通常被连接于集极-射极的通路中；相似的，在场效晶体管中，通常亦连接一电阻于汲极-源极通路中，以量测汲极电流。

第4图描述了一因此而产生的双极性功率晶体管10之电路结构；该功率晶体管10包含了复数个个别晶体管，在第4图中所描述系包含三个晶体管10a、10b与10c。该等个别晶体管10a、10b与10c系并联连接，以使其控制终端连接至该晶体管组合之一HF输入12，其集极端系经由一电阻器20而连接至一电压源18，并连接至该晶体管组合之一HF输出16；而其射极终端则连接至接地。电压源表示用以提供功率晶体管以及个别晶体管10a、10b与10c操作电流的装置；一电阻器20系在电流供应线分歧至个别晶体管10，10b，...，与10n后连接在电压源18与一分歧点24之间，各该等个别晶体管10a，10b，...，与10n系可因而有效的连接至该电阻器20。由个别晶体管之集极-射极电流总和所形成的功率晶体管操作电流能够藉由电阻器20的电压降而被侦测，如第4图所表示，藉由一电压量测装置22。

在第4图所示的电流组合中，集极电阻20导致了各个别晶体管集极-射极电压的减少，而阻碍了其可控制性；特别是在小供应电压的操作情形中，例如，在移动式无线电设备或是功率放大器中，这将使该晶体管组合的输出功率及其效能产生明显的损耗，因此，减少了电池操作之行动电话的传送时间。

本发明的目的之一在于提供一结构简单、具有低能耗可能性的晶体管组合，其可提供晶体管组合其中一个或是多个晶体管之操作电流量测。

上述目的系可藉由根据申请专利范围第1项之晶体管组合而达成。

本发明提供了一晶体管组合，其包含：

复数晶体管；

一电流通路，用以提供一操作电流至该晶体管组合；

复数次要电流通路，其系自该电流通路而分歧，用以分别提供一操作电流至该等晶体管；以及

一电阻器，其系连接到该等次要电流通路其中之一内，其中，该电阻器两端的一电压系为该晶体管组合的操作电流之一计量。

本发明所根据的是仅将一电阻器有效连接至由复数晶体管形成的晶体管组合其中一个晶体管，即可有效侦测其操作电流之结果，以及可侦测电阻器两端的电压以作为整体晶体管组合操作电流之一计量；这是由于流经有效连接至该电阻器的晶体管之操作电流与其它电阻器的操作电流彼次之间具有一决定的关系。

电阻器两端的电压是整体晶体管组合操作电流之一计量，同时由于该操作电流系由个别晶体管的集极-射极电流(操作电流)之总合而形成，因此也是个别晶体管操作电流总和之一计量。

根据本发明，在接线至该电阻器时，仅有该有效连接至该电阻器之晶体管的执行、且能够因此而被视为一辅助晶体管受到阻碍；此外，在该电阻器内损耗的功率被认为是比在该整体之晶体管组合接线至该电阻器时为小，亦即当供应该电阻器于该电流通路传导该整体晶体管组合之操作电流时。

本发明具有特别之优势而能被应用于基本上具有并联连接的几个、甚至有时是几百个个别晶体管之功率晶体管中。在这些功率晶体管中，通常所有的晶体管终端均合并于总线中，其中所有个别晶体管亦同样作为晶体管指状结构而以紧密关系排列于半导体芯片上，并因而包含几乎相同的电性特征；因此，一个别的晶体管，亦即一晶体管指状结构，可呈现整体功率晶体管的特征。当个别晶体管操作电流之一计量的侦测是可被实行的时候，便能因而得到该功率晶体管中剩下的晶体管的操作电流之结果。

在本发明应用至一功率晶体管的情形中，其包含了许多并联连接的个别晶体管，电流决定或多或少无须功率即可发生；由于仅有该有效连接之个别晶体管的电性特征而非该功率晶体管所有其它个别晶体管的电性特征受到影响，因此，该整体之功率晶体管的电性特性是几乎不受到影响的。

根据上述构想，有效连接至该电阻器的个别晶体管是完全HF(高频)耦合至整体晶体管的，亦即基极、集极与射极，其系以未有效连接晶体管之对应晶体管终端而传导了几乎相同的HF信号，此为复数晶体管并联连接于功率晶体管中的情形；在这样的设计中，整体晶体管周围的改变，例如HF输出的不匹配(mismatching)，则同样可藉由在有效连接至该电阻器之晶体管中一改变的电流消耗而反映。

在本发明的具体实施例中，更提供了用以调整功率晶体管操作电流、以及用以分别根据该电阻器两端电压而调整其个别晶体管中的操作电流之装置。特别是，整体晶体管的操作电流能够根据该电阻器两端之电压而被控制为一固定值。

本发明其它的改良系于申请专利范围之附属项中说明。

本发明之具体实施例将参考下列图式而详细说明，其中：

第1图，系描述了所发明之晶体管组合的电路图；

第2图，系描述了所发明具有操作电流调节作用之晶体管组合的电路图；

第3图，系描述了所发明具有操作电流调节作用之另一替代晶体管组合的电路图；以及

第4图，系描述了一传统之晶体管组合的电路图。

本发明之具体实施例将参考第1图至第3图中双极性功率晶体管的例子而加以详细说明；必须指明的是，此处之本发明亦能够以同样的方式而应用于具有闸极、汲极与源极的场效晶体管中，其可取代基极、集极与射极。

如第1图中所示，所描述之本发明晶体管组合的具体实施例包含了复数双极性晶体管32、34与36；该等双极性晶体管32、34与36系并联连接并共同形成了一功率晶体管，如第1图中的插入线所表示的，该功率晶体管通常由较多数量的(例如：数百个)个别晶体管所形成。

该等双极性晶体管32、34与36并联连接，其基极终端，亦即其控制终端，系连接至一HF输入38，其射极终端连接至接地，而其集极终端则耦合至一HF输出40。该晶体管组合之一操作电流系由一连接至一电流通路40之电压源42所提供，该电流通路40经由一绕组(coil)44传导了该电经组合之整体操作电流，以提供HF解耦合。电流通路48分歧为个别的次要分线5 0、52与54或次要电流通路，其系分别连接至晶体管32、34与36之集极终端。

如第1图所表示的，当一电阻器60连接于次要分线50时，晶体管34与36之集极终端系藉由次要分线52与54而直接连接至电流通路48；此外，由于绕组44表示了所考虑的直接电流之一短路，为了前述之目的，亦描述了能够侦测电阻器60两端的电压之一电压量测组件62；而为了替代前述之耦合作用，该电流量测组件62能够直接的并联连接至该电阻器60。

如第1图所示的晶体管组合中，电压源42系藉由在电流通路48上之绕组44而供应了该整体晶体管组合一操作电流；该总电流系电流通路48之分歧点上分歧为个别的部分电流，而馈送至位于次要分线50、52与54上的个别晶体管。馈送至晶体管32的部分电流能够藉由连接至该次要分线50之电阻器60的两端电压而被侦测。根据本发明，电阻器60未被连接至传导该晶体管组合整体操作电流之电流通路上，而被连接至仅仅传导单一个别晶体管的操作电流之电流通路中。

藉由一由电流通路48分歧至该等次要电流通路50、52与54之而产生之分流器，以及次要分线之各别接线之作用，因而流经线路50、52与54的电流系彼此间具有一确定的关系；因此可从电阻器60两端之电压而得到流经导体52与54之电流结果。此外，整体操作电流或是个别晶体管之操作电流系能够藉由控制电阻器60两端的电压而分别被控制。

在第1图所表示的晶体管组合中，辅助晶体管指状结构，亦即具有电阻器60的晶体管32，系被完全地HF耦合至该整体晶体管中，亦即传导了几乎相同的高频信号之基极、集极与射极作为剩下的晶体管之对应的晶体管终端。此处的不同处仅在于该辅助晶体管32提供了一小值的放大率，这是由于该电阻器60的连接而使其操作点产生改变；然而，这样的效应是能够被忽略的，其中在整体晶体管周围仍有一些改变，例如其输出40的不匹配，可藉由辅助晶体管之一改变的电流消耗而被反映出来。

第2图描述了一本发明另一具体实施例，其包含了一用以根据电阻器60两端电压而调节功率晶体管操作电流之装置；因此，在第2图中，与第1图中的组件相应之组件系以同样的组件符号表示。

根据第2图，在第1图中所描述的电压量测装置62系以一调节组件70取代，藉以将电阻器60两端的电压降保持固定，以使整体晶体管之操作电流亦同样保持固定。

调节组件70包含了一晶体管72、电阻器74与75、一循环低通滤波器76与一固定电流源78。在所述的实施例中，晶体管72系为一pnp晶体管，而晶体管32、34与36则为npn晶体管。

晶体管72之射极终端系经由循环低通滤波器76而连接至晶体管32之集极终端；晶体管72之集极终端系经由电阻器75而连接至晶体管32、34与36；晶体管的基极则经由固定电流源78而连接接地，并经由电阻器74而连接至电压源42。该固定电流源78提供了该电阻器74一预定的电压降，其藉由该电压源42而具有一偏移量。

为了解释调节组件70功用之模式，假设该操作电流具有一预定值，其于电阻器60产生一特定的电压降；当操作电流改变时，电阻器60两端的电压以及晶体管72射极终端的电位亦将改变，其中高频改变系藉由该循环低通滤波器76而被限制。

更精确地说，若电阻器60的电压降增加，则晶体管72射极终端之电位将降低，而若电阻器60的电压降降低时，该晶体管72射极终端之电位将增加。

该晶体管72的基极电压与集极-射极电流将由于晶体管72射极终端电位的降低而减少，因此，可提供至晶体管32、34与36之基极电流亦减少，使得其操作电流，亦即其集极-射极电流，将减少。流经电阻器60的电流以及其电压降亦因而减少。

然而，基极射极电压与集极-射极电流将随着晶体管72射极终端电位的增加而增加，如同该电阻器60之一减少的电压降所产生一样；因此，可提供至晶体管32、34与36之基极电流将增加，使得其操作电流，亦即其集极-射极电流，亦随之增加。因此，流经电阻器60的电流以及其电压降亦因而增加。

根据上述解释，经过整体晶体管的操作电流系可藉由如第2图所示的调节组件70而被调节为一固定值。

用以调节晶体管组合操作电流的另一具体实施例系如第3图中所描述，其再次描述了一调节组件，藉以将电阻器60的电压降保持为固定，以使整体晶体管的操作电流亦保持固定。

第3图所表示的调节组件包括了一循环低通滤波器76、一pnp晶体管90、一npn晶体管92、电阻器94与96、以及一电压源100。该循环低通滤波器76系连接于晶体管32的集极终端与pnp晶体管90的基极终端之间；该pnp晶体管90的射极终端系连接至电压源42；而该pnp晶体管90的集极终端则连接至npn晶体管92之基极终端。该npn晶体管92的射极终端连接至接地，而其集极终端则连接至晶体管32、34与36的基极终端。最后，电阻器96与电压源100之间的串联连接系连接于该晶体管32、34与36以及接地之间。

藉由上述设定之操作电压调节方式将于以下说明；若晶体管组合之操作电流背离了一决定的操作电流而改变，电阻器60两端的电压亦将改变。由于这样，pnp晶体管的基极终端电位亦改变，其中高频改变将被循环低通滤波器76限制。更明确地说，若电阻器60两端的电压降增加，晶体管90的基极终端电位则将减少，反之亦然；且若晶体管90的基极终端电位减少，则经过晶体管90的集极-射极电流将增加，反之亦然。

晶体管之集极-射极电流的改变亦将改变电阻器94两端的电压，以及晶体管92的基极电位；因此晶体管92的集极-射极电流以及该晶体管所消耗的电流(其系来自晶体管32、34与36的基极电流)亦将改变。因此，若电阻器60两端的电压降与电阻器94两端的电压降增加时，晶体管32、34与36的基极电流将会减少，而当电阻器60两端的电压降与电阻器94两端的电压降减少时晶体管32、34与36的基极电流将会增加。

对应于晶体管32、34与36基极电流的改变，其所消耗的射极-集极电流以及晶体管组的操作电流亦将改变。该操作电流亦同样以第3图所示的例子而被调节为一固定值。

在此处必须指明的是，在第2图与第3图中仅描述了对熟习该项技艺者而言显著的调节组件以及复数修饰之调节组件；本发明之调节能够同时于功率晶体管之偏压(bias)，亦即其个别晶体管，或是在功率晶体管之一上传放大器中作为一输出段晶体管。在这里，该输出段晶体管之输入线能够减少，使得其电流损耗降低。

除了固定电流调节之外，如同第2图所描述的，基于电阻器60两端电压所操作之不同的电流调节亦可被实现，特别是得以提供一供应电流限制及其超负载保护。这使的功率晶体管更具优势，特别是在通常具有高集极电流的移动式无线电设备中，举例而言，这样高的集极电流是由于输出的不匹配所产生，其中该晶体管可能会被这些高集极电流损伤。功率晶体管中所有晶体管的集极电流能够藉由使用一合适的调节组件，而被限制于一已定义之最大值，该调节组件系根据连接至辅助晶体管指状结构之电阻器两端的电压；因此而避免了该功率晶体管的永久损伤。

此外，本发明能够用以执行一高频输出功率限制以及一高频输出功率设定。为了最佳化效率，高频功率输出段通常以一AB、B与C操作方式进行操作，其系与操作点的设定有关。在这些操作模式中，输出段电流之间有一个非常清楚的脉络，亦即高频功率输出段之操作电流与高频输出功率。若这样的功率输出段之晶体管被压缩为一高输入功率之结果，该高频输出功率可藉由一集极电流限制而设定，其系以根据本发明所连接之电阻器两端之电压为基础。

除了上述的实施例之外，如同根据本发明所执行，由于流经不同的指状结构之电流彼此间具有一可再现的关系，因此剩余之晶体管指状结构均能基于侦测通过一辅助晶体管指状结构之电流，而执行任何电流调节。本发明因此提供了调节具有复数晶体管的晶体管组合之操作电流的可行性，在一方面而言，除了有效连接至电阻器的晶体管之外，其并不会明显减少个别晶体管之集极-射极电流，并且就另一方面而言，其仅仅产生少数的损耗功率。根据本发明，将不再需要将整体晶体管接线至电阻器，只需将该复数晶体管中其中一个别晶体管，亦即个别晶体管指状结构，连接至电阻器即可。

【组件符号列表】

10  功率晶体管

10a，10b，10c个别晶体管

12  HF输入

14  接地

16  HF输出

18  电压源

20  电阻器

22  电压量测组件

24  分歧点

32，34，36个别晶体管

38  HF输入

40  HF输出

42  电压源

44  绕组

48  总线

50，52，54分线

60  电阻器

62  电压量测组件

70  调节组件

72  晶体管

74，75晶体管

76  循环低通滤波器

78  固定电流源

90  pnp晶体管

92  npn晶体管

94，96晶体管

100  电压源

Claims (6)

1.一晶体管组合，包含了：

复数晶体管(32，34，36)；

一电流通路(48)，用以馈送一操作电流至该晶体管组合；

复数次要电流通路(50，52，54)，其系自该电流通路(48)而分歧，用以分别馈送一操作电流至该等晶体管；以及

一电阻器(60)，其系连接到该等次要电流通路(50，52，54)其中之一内，其中，跨越该电阻器(60)的一电压系为该晶体管组合的操作电流之一计量。

2.如申请专利范围第1项之晶体管组合，更包含了用于根据跨越该电阻器(60)的电压而调节该晶体管组合的操作电流之装置(70)。

3.如申请专利范围第2项之晶体管组合，其中用于调节该操作电流之该装置(70)系包含了用于根据跨越该电阻器(60)的电压而调整该等晶体管(32，34，36)的放大率之装置。

4.如申请专利范围第3项之晶体管组合，其中用于调整该等晶体管的放大率之该装置系调整其放大率，以使该晶体管组合之操作电流得以被调节为一常数值。

5.如申请专利范围第4项之晶体管组合，其中用于调整放大率之该装置包含了一晶体管(72)，在其控制输入具有一与跨越该电阻器(60)的电压有关之电位。

6.如申请专利范围第3项之晶体管组合，其中用于调整该等晶体管的放大率之该装置系调整其放大率，以使该晶体管组合之操作电流不会超出一最大值。

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