JP2003526981A - 高周波数トランジスタのための動作点調整用の回路構造、および、増幅器回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、高周波数トランジスタ（１）を有し、動作点調整用の回路（２）を備えている増幅器回路に関し、回路（２）は、高周波トランジスタ（１）のコレクタ回路に接続された抵抗器（３）で降下する電圧に応じて、高周波数トランジスタ（１）用のベース電流（ＩＢ）を供給するものである。この回路（２）は、差分部材（２０）を備えており、この差分部材（２０）は、供給電圧（ＶＳ，ＧＮＤ）を入力し、抵抗器（３）で降下する電圧を基準電圧と比較するものである。ベース電流（ＩＢ）は、電圧差分に応じて、電流源（２２）によって生成される。この回路（２）は、供給電圧を少ししか必要としないため、抵抗器（３）での電力消費もわずかである。また、この回路（２）は、わずかな構成要素から構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、供給電位用の端子と測定抵抗器用の端子とを有する高周波数トラン
ジスタの動作点調整（Arbeitzpunkteinstellung）用の回路構造、および、高周
波数トランジスタとこのような回路構造とを有する増幅器回路に関するものであ
る。

【０００１】 高周波数信号用の増幅器回路は、高周波数トランジスタを備えている。増幅さ
れるべき制御入力信号は、この高周波数トランジスタに供給される。また、この
高周波数トランジスタでは、増幅された信号は、負荷回路（Lastkreis）に出力
連結(ausgekoppelt)される。また、このトランジスタは、制御入力部および負荷
電流経路に適切に印加される直流電流によって、その動作点に保たれる。

【０００２】 高周波数トランジスタを有する増幅器回路の増幅特性は、供給電流に応じて異
なる。このことから、抵抗器ネットワークまたは能動回路は、増幅器トランジス
タの動作点を、その製造許容誤差および温度特性とできる限り無関係とするよう
調整するために使用される。

【０００３】 高周波数トランジスタのにおける動作点調整用の回路構造としては、例えば、
１９９９年２月２４日付けの「集積回路ＢＣＲ４００Ｗに関するデータ冊子」（
Datenblatt zur integrierten Schaltung ＢＣＲ４００Ｗ）で示したような、イ
ンフィネオンテクノロジーズの回路ＢＣＲ４００を挙げられる。この回路は、供
給電圧用の２つの端子、測定抵抗器を接続するための測定端子（Messanschluss
）、および、バイポーラ高周波数トランジスタのベースに接続するための電流出
力部を備えている。測定端子と供給電圧の正極との間に接続された外部測定抵抗
器は、高周波数トランジスタのコレクタ電流経路に接続されている。外部測定抵
抗器は、１００〜２２０Ωである。この外部抵抗器を通過する（anliegende）こ
とによる電圧降下は、約６００ｍＶである。このことにより、供給電圧の低い装
置、特にバッテリーで作動する装置では、増幅器回路の最大出力性能が制限され
る。また、バッテリーで作動する装置の作動時間は、測定抵抗器での少なくない
電流消費によって制限される。

【０００４】 本発明の目的は、高周波数トランジスタにおける動作点調整用の回路構造であ
って、低い供給電圧で稼働でき、電力消費の小さい回路構造を提供することにあ
る。

【０００５】 また、他の目的は、動作点調整用のこのような回路構造を有する増幅器回路を
提供することである。

【０００６】 本発明によると、動作点調整用の回路構造に関する目的は、以下に示す高周波
数トランジスタの動作点調整用の回路構造により達成される。すなわち、この回
路構造は、第１供給電位用の端子および第２供給電位用の端子と、高周波数トラ
ンジスタの負荷電流経路に直列に接続されている測定抵抗器に接続された測定端
子と、高周波数トランジスタの制御端子に連結される出力端子と、第１および第
２供給電位用の端子と供給電圧に関して接続され、基準電圧源と接続された第１
信号入力部、および、測定端子に接続されている第２信号入力部を備えた差分部
材（Differenzglied）と、差分部材によって制御され、出力端子と接続されてい
る電流源とを備えている。

【０００７】 また、このような回路構造を有する増幅器回路は、抵抗器および高周波数トラ
ンジスタを備えている。この抵抗器は、第１供給電位用の端子と回路構造の測定
端子との間に接続されている。また、高周波数トランジスタのコレクタは、回路
構造の測定端子と直流連結（glaichstrommaessig gekoppelt）され、同じくベー
スは、回路構造の出力端子と直流連結されている。また、この高周波数トランジ
スタのベースは、高周波数入力信号用の入力端子と連結され、同じくコレクタは
、高周波数出力信号用の出力端子と連結されている。

【０００８】 本発明による回路構造は、供給電圧の入力を受け、測定抵抗器を通過した電圧
と基準電圧とを比較する差分部材を備えている。これにより、電流源の電流が制
御される。電流源は、高周波数トランジスタの制御端子、例えば、バイポーラＲ
Ｆトランジスタのベース端子に接続される。この差分構成（Differenzbildung）
により、外部測定抵抗器での降下電圧と比較するための基準電圧を低くできる。
基準電圧は、実際には、約１００ｍＶである。両電圧の差分は、回路の電流出力
を制御する。

【０００９】 本発明の実施形態では、電流源から通電される入力経路と、基準電圧の降下す
る抵抗器に接続された出力経路とを有する第１電流鏡映回路（Stromspiegelscha
ltung）を用いてもよい。この場合、第１トランジスタの制御端子は制御配線に
接続されており、この制御配線は、第１電流鏡映回路の入力支線と出力支線とを
接続している。測定抵抗器は、負荷電流側で、第１トランジスタに接続される。
第１トランジスタの負荷電流は、測定抵抗器を通過した電圧と第１鏡映における
抵抗器で生成された基準電圧との間の差分に応じて制御される。エミッタ接続（
Emitterschaltung）で作動する出力部トランジスタは、第２電流鏡映を介して電
流によって制御される。この出力部トランジスタまたは第２トランジスタの負荷
電流は、高周波数トランジスタの制御端子へ電流を印加するために使用される。
単一の出力部トランジスタに限らず、少なくとも２つのトランジスタを備え、高
い電流駆動性能を有するダーリントン回路（Darlington-Schaltung）も適してい
る。

【００１０】 上記した第１鏡映回路の入力支線での電流源は、従来のように構成されており
、このために、トランジスタが用いられている。このトランジスタとしては、そ
の負荷電流経路が抵抗器を介して基準電位（Bezugspotential）と接続されてお
り、その制御端子が複数のダイオードの直列接続を介して同様に基準電位と接続
されているものを使用できる。定電流については、トランジスタの負荷電流経路
における他の端子で測定できる。

【００１１】 第１電流鏡映は、入力支線のトランジスタにおける制御端子と負荷電流端とを
連結することにより、従来のように実現される。このトランジスタの制御端子は
、その他に、出力支線のトランジスタにおける制御端子に接続されている。

【００１２】 第１電流鏡映のトランジスタは、バイポーラｐｎｐトランジスタである。差分
増幅器を構成している第２トランジスタおよび出力部側の電流源トランジスタも
、同様にバイポーラｐｎｐトランジスタである。バイポーラトランジスタの代わ
りに、ＭＯＳトランジスタで回路構造を実現することもできる。このとき、ｎｐ
ｎトランジスタは、ｎチャネルＭＯＳトランジスタで代用でき、ｐｎｐトランジ
スタは、ｐチャネルＭＯＳトランジスタで代用できる。

【００１３】 本発明による回路の利点は、必要とされる構成要素が比較的わずかなことであ
る。回路が複雑でないため、小さくて原価の安い規格ハウジングに適している。
回路の電流制御（Stromregelung）は、わずか約２ボルトの作動電圧で早くも始
まる。制御回路の信号には位相転換（Phasendrehung）がないため、制御は高い
安定性を有している。また、回路の温度反応は、バイポーラ増幅トランジスタの
温度反応と反対となるため、増幅器回路は、全体的に、温度によらない大きな増
幅機能を有する。

【００１４】 以下に、本発明を、図面に示す実施形態を用いて詳述する。 図１は、集積回路に実現されている、動作点調整用の回路構造を含む増幅器回路
のブロック図である。 図２は、トランジスタレベル（Transistorebene）での、動作点調整用の回路構
造の実施形態を示す図である。

【００１５】 図１に示す増幅器回路は、バイポーラｎｐｎ高周波数トランジスタ１を備えて
いる。このトランジスタ１のベース端子は、増幅するべき高周波数信号ＲＦＩＮ
用の入力端子１０と接続されており、コレクタ端子は、動作点調整のために、抵
抗器３を介して正の供給電位ＶＳと接続されている。トランジスタ１のエミッタ
は、基準電位（接地）ＧＮＤに接続されている。高周波数出力信号ＲＦＯＵＴは
、トランジスタ１のコレクタに接続されている出力端子１１で測定できる。動作
点調整用の回路構造２は、出力部２６を備えている。この出力部２６は、トラン
ジスタ１のベースに入力連結（einkoppelt）している印加電流を流す。トランジ
スタ１の動作点は、抵抗器３によって調整されたコレクタ電流ＩＣと、これに適
合されたベース電流ＩＢとを、トランジスタ１に供給することにより調整される
。端子１０および１１に割り当てられたブロックコンデンサ１８または１７は、
それぞれ、入力および出力端子からの直流ＩＢまたはＩＣを遮断するために使用
される。さらに、誘導性インダクタンス１３は、負荷またはコレクタ電流経路に
備えられ、また、誘導性インダクタンス１４は、抵抗器１５と直列に、ベース電
流導線に備えられている。また、アースに接続された各キャパシタ１２あるいは
１６は、増幅するべき高周波数信号を直流導線から減結合するために備えられて
いる。

【００１６】 動作点調整用の回路２は、正の供給電位ＶＳ用の端子２３、増幅トランジスタ
１におけるコレクタ電流経路上の測定抵抗器３が接続されている端子２４、およ
び、基準電位ＧＮＤ用の端子２５を備えている。印加されたベース電流は、供給
電圧ＶＳ、ＧＮＤおよび測定抵抗器３を通る電流に応じて制御され、端子２６で
測定される。回路２は、供給電圧ＶＳ，ＧＮＤの供給を受ける差分部材２０を備
えている。差分部材２０の反転入力部は、基準電圧源２１と接続されている。こ
の基準電圧源２１は、供給電位ＶＳ用の端子２３に接続されている。差分部材２
０の非反転入力部は、端子２４に接続され、測定抵抗器３で降下する電圧を測定
する。電流源２２は、差分部材２０から算出される電圧差分に応じて制御される
。この電流源２２は、ベース電流ＩＢを端子２６に供給する。

【００１７】 回路構造２の実施形態を、図２に詳細に示す。同様の部材は、同じ引用番号で
示す。この回路は、電流源３０を備えている。この電流源３０は、基準電位端子
（Bezugspotentialanschluss）２５に接続されており、端子２６の出力部側に定
電流を供給している。電流源は、バイポーラトランジスタ３３を備えている。こ
のバイポーラトランジスタ３３のエミッタは、抵抗器３４を介して基準電位端子
２５に接続されている。トランジスタ３３のベースは、直列に接続されている２
つのバイポーラダイオード３１，３２を介して基準電位端子２５に接続されてい
る。電流は、正の供給電位ＶＳ用の端子２３から、抵抗器３５を介してダイオー
ド３１，３２の直列接続に供給される。電流源３０の端子３６に供給された定電
流は、電流鏡映回路４０の入力支線に連結される。電流鏡映回路４０は、コレク
タとベースとが相互に接続されているバイポーラトランジスタ４１を入力側に備
えている。トランジスタ４１のコレクタ端子は、電流源３０と接続されており、
エミッタ端子は、正の供給電位ＶＳ用の端子２３と接続されている。電流鏡映４
０の出力支線には、バイポーラトランジスタ４２が備えられている。バイポーラ
トランジスタ４２のコレクタは、基準電位端子２５と直接接続されており、エミ
ッタは、抵抗器４３を介して供給電位端子２３と接続されている。トランジスタ
４２は、トランジスタ４１と比較して、より高い電流を流すことができる。この
トランジスタは、マルチエミッタトランジスタまたは複数のトランジスタの並列
接続として実施される。トランジスタ４２は、そのベース側で、トランジスタ４
１のベースと接続している。電流源３６から供給された定電流は、抵抗器４３に
対し、それ相当に増幅されて、電流鏡映４０を介して提供される。その結果、正
の供給電位ＶＳに関連する定電圧が、抵抗器４３の電流鏡映側の端子４４で設定
される。

【００１８】 また、別のバイポーラトランジスタ５０は、供給電位端子２３に接続されてい
る抵抗器５１をエミッタ側に備えている。トランジスタ５０のベースは、電流鏡
映４０の入力および出力支線を構成しているトランジスタ４１と４２との間にあ
る、接続配線４５に接続されている。つまり、トランジスタ５０のベースは、ト
ランジスタ４１，４２におけるベース端子の接続配線に接続されている。加えて
、トランジスタ５０のエミッタは、端子２４に接続されている。高周波数増幅ト
ランジスタ１のコレクタ電流のための測定抵抗器３は、この端子２４に接続され
ている。トランジスタ５０は、つまり、ベース接続（Basisschaltung）で作動さ
れる。トランジスタ５０のベース−エミッタ電圧、それとともにコレクタ電流は
、測定抵抗器３を通過する電流に応じて影響される。測定抵抗器３で降下する電
圧は、回路結線（Schaltungsknoten）４４または抵抗器４３に供給されている定
電圧と個々に比較され、バイポーラトランジスタ５０のコレクタ電流は、抵抗器
３で降下する電圧と抵抗器４３に供給されている定電圧との間の電圧差分に応じ
て調整される。トランジスタ５０のコレクタ電流は、基準電位端子２５と接続さ
れている電流鏡映６０を介して鏡映され、電流源２２を構成しているバイポーラ
トランジスタ７０のベース端子に供給される。電流鏡映６０は、トランジスタ６
１を入力側に備え、トランジスタ６２を出力側に備えている。トランジスタ６１
のコレクタ端子とベース端子とは連結されている。また、トランジスタ６２のベ
ースは、トランジスタ６１のベースと接続されている。さらに、トランジスタ６
２のコレクタは、トランジスタ７０のベースと接続されている。電流鏡映６０の
入力経路と出力経路との間の電流は、ダブルエミッタトランジスタとして実施さ
れているトランジスタ６２によって、増幅（例えば倍増）されることが好ましい
。トランジスタ７０のエミッタは、電位ＶＳに接続している。トランジスタ７０
は、つまり、エミッタ接続で作動される。

【００１９】 １つのトランジスタ７０に代えて、２つまたは複数のトランジスタからなるダ
ーリントン回路（図示せず）によっても、電流源２２を構成できる。ダーリント
ン回路は、１つのトランジスタに比して、より高い電流駆動性能を備えている。
２つのｐｎｐトランジスタから構成されているダーリントン接続の場合、第１ダ
ーリントントランジスタのエミッタ端子は、端子２３と接続される。また、第２
ダーリントントランジスタのエミッタは、第１ダーリントントランジスタのベー
スと接続される。第２ダーリントントランジスタのベースは、電流鏡映６０の出
力支線に接続される。両ダーリントントランジスタのコレクタ端子は、相互に接
続され、さらに、出力端子２６と接続される。

【００２０】 以上のように、高周波数トランジスタ１のための動作点調整用の回路構造によ
って、抵抗器４３において、定電流（電流源３０のために供給されたもの）に応
じた定電圧が生成される。そして、さらに、トランジスタ４２，５０（ベース端
子間が接続されている）による差分構成により、トランジスタ５０に連結された
測定電圧と共に、トランジスタ５０のコレクタ電流が生成される。このコレクタ
電流は、上記の差分に依存するとともに、鏡映および増幅の後で、端子２６の出
力電流として供給される。

【００２１】 電流源３０のトランジスタ３１，３２，３３ならびに電流鏡映６０のトランジ
スタ６１，６２は、ｎｐｎバイポーラトランジスタである。電流鏡映４０のトラ
ンジスタ４１，４２ならびにトランジスタ５０および電流源トランジスタ２２は
、ｐｎｐバイポーラトランジスタである。各ｎｐｎおよびｐｎｐトランジスタの
負荷電流経路は、そのコレクタ-エミッタ電流経路である。各トランジスタの制
御端子は、そのベース端子である。上記記した実施形態は、わずかな電圧で作動
可能なものである。また、その制御は、２Ｖの作動電圧ＶＳ,ＧＮＤで早くも始
まる。この回路は、集積する場合にシリコン面をわずかしか必要としないような
、扱い易い数のトランジスタおよび抵抗器を備えている。また、モノリシックの
集積回路は、小さな、標準的な４ピンのハウジングに、非常に簡単に収納できる
。

【００２２】 上記のようにバイポーラ半導体技術での実施に代えて、ＭＯＳ技術で回路を実
施してもよい。既述のバイポーラトランジスタ３１，３２，３３，６１，６２の
代わりに、ｎチャネルＭＯＳトランジスタを使用することもできる。また、既述
のｐｎｐバイポーラトランジスタ４１，４２，５０，２２の代わりに、ｐチャネ
ルＭＯＳトランジスタを使用することもできる。ＭＯＳトランジスタの負荷電流
経路は、これらのドレイン-ソース経路である。ＭＯＳトランジスタの制御電極
は、これらのゲート電極である。

【００２３】 周知のように、バイポーラトランジスタのベース-エミッタ接点間の降下電圧
は、温度に依存する。温度が上昇すると、ベース-エミッタ電圧は減少する。温
度上昇のために、トランジスタ５０のベース-エミッタ接点間で降下する電圧差
分は、負の係数を有している。このため、端子２６から供給されるベース電流は
、同様に負の温度係数を有している。このことから、バイポーラ高周波数増幅ト
ランジスタ１のコレクタ電流は、制限される。回路２の温度反応は、トランジス
タ１の温度反応とは反対となるため、トランジスタ１の動作点は、温度に依存す
ることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 集積回路に実現されている、動作点調整用の回路構造を含む増幅器回路のブロ
ック図である。

【図２】 トランジスタレベルでの、動作点調整用の回路構造の実施形態を示す図である
。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J092 AA01 CA36 CA37 FA00 FA10 HA08 HA25 HA29 HA32 HA33 KA00 KA02 KA05 KA09 MA06 MA21 5J500 AA01 AC36 AC37 AF00 AF10 AH08 AH25 AH29 AH32 AH33 AK00 AK02 AK05 AK09 AM06 AM21

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波数トランジスタのための動作点調整用の回路構造において、 第１供給電位（ＶＳ）用の端子（２３）および第２供給電位（ＧＮＤ）用の端
   子（２５）と、 高周波数トランジスタ（１）の負荷電流経路に直列に接続されている測定抵抗
   器（３）に接続された測定端子（２４）と、 高周波数トランジスタ（１）の制御端子に連結された出力端子（２６）と、 第１および第２供給電位用の端子（２３，２５）と供給電圧に関して接続され
   、基準電圧源（２１）と接続されている第１信号入力部（−）、および、測定端
   子（２４）と接続されている第２信号入力部（＋）を備えた差分部材と、 上記差分部材（２０）によって制御され、出力端子（２６）と接続されている
   電流源（２２）とを備えている回路構造。
2. 【請求項２】 上記第２供給電位用の端子（２５）と接続されている電流源（３０）に接続さ
   れている入力経路（４１）、および、制御配線（４５）を介して入力経路（４１
   ）と連結されており、第１抵抗器（４３）を介して第１供給電位用の端子（２３
   ）と接続されている出力経路（４２）を有する第１電流鏡映回路（４０）と、 第１電流鏡映回路（４０）の経路を接続している制御配線（４５）にベースが
   接続されており、エミッタが、第２抵抗器（５１）を介して上記第１供給電位（
   ＶＳ）用の上記端子（２３）に、また、測定端子（２４）に接続されているトラ
   ンジスタ（５０）とによって特徴づけられる請求項１に記載の回路構造。
3. 【請求項３】 第２電流鏡映（６０）を介して上記第１トランジスタ（５０）にベースが接続
   されており、コレクタが出力端子（２６）と接続されているエミッタ接続の第２
   トランジスタ（７０）によって特徴づけられる請求項２に記載の回路構造。
4. 【請求項４】 上記電流源（３０）は、トランジスタ（３３）の負荷経路を備えており、 この負荷経路は、その一端で、第１電流鏡映（４０）の入力支線（４１）と接
   続されており、他端で、抵抗器（３４）を介して第２供給電位（ＧＮＤ）用の端
   子（２５）と接続されており、 上記トランジスタ（３３）の制御端子が、少なくとも２つのダイオード（３１
   ，３２）を含む直列回路を介して第２供給電位用の端子（２５）と接続されてい
   ることを特徴とする請求項２または３に記載の回路構造。
5. 【請求項５】 上記第１電流鏡映（４０）の入力支線（４１）は、制御端子がその負荷経路と
   連結されているトランジスタの負荷経路を備え、 上記第１電流鏡映（４０）の出力支線は、上記入力支線におけるトランジスタ
   （４１）の制御端子と連結されている制御端子を有する他のトランジスタ（４２
   ）の負荷経路を備えていることを特徴とする請求項２または３に記載の回路構造
   。
6. 【請求項６】 上記第２電流鏡映（６０）は、負荷経路が第２トランジスタ（５０）の負荷経
   路と連結された負荷経路、および、その負荷経路と連結されている制御端子を有
   する第１トランジスタ（６１）、および、第２トランジスタ（７０）の制御端子
   と接続されている負荷経路を有する第２トランジスタ（６２）を備え、 上記第２電流鏡映（６０）におけるトランジスタ（６１，６２）の制御端子が
   相互に連結されていることを特徴とする請求項５に記載の回路構造。
7. 【請求項７】 上記第１電流鏡映（４０）のトランジスタ（４１，４２）は、ｐｎｐトランジ
   スタまたはｎチャネルＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項５に記
   載の回路構造。
8. 【請求項８】 上記第１および第２トランジスタ（５０，７０）は、ｐｎｐトランジスタまた
   はｐチャネルＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項３に記載の回路
   構造。
9. 【請求項９】 上記電流源（２２）が、少なくとも２つのトランジスタを有するダーリントン
   回路からなることを特徴とする請求項１または２に記載の回路構造。
10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれかに記載の回路構造を有する増幅器回路であって、 上記第１供給電位（ＶＳ）用の端子（２３）と上記回路構造の測定端子（２４
    ）との間に接続されている抵抗器（３）と、 コレクタが上記回路構造の測定端子（２４）と直流接続されているとともに、
    ベースが上記回路構造の出力端子（２６）と直流接続されており、また、ベース
    が高周波数入力信号（ＲＦＩＮ）用の入力端子（１０）と連結されているととも
    に、コレクタが高周波数出力信号（ＲＦＯＵＴ）用の出力端子（１１）と連結さ
    れている高周波数トランジスタ（１）とによって特徴づけられる増幅器回路。