JP5437110B2 - Automatic bias adjustment circuit for FET - Google Patents

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Description

本発明はFET用自動バイアス調整回路、特に温度に対して直線性の高い任意の勾配を持ったドレイン電流の供給を実現する自動バイアス調整回路の構成に関する。   The present invention relates to an FET automatic bias adjustment circuit, and more particularly to a configuration of an automatic bias adjustment circuit that realizes supply of a drain current having an arbitrary gradient with high linearity with respect to temperature.

一般に、マイクロ波等の高周波回路で用いられるGaAs系のFET(電界効果トランジスタ)は、低温でgm(相互コンダクタンス)が増加するため利得が上昇する一方、このgmはFETのドレイン電流(Id)が大きい程、増加傾向にあるため、ドレイン電流と利得は、ピンチオフ電圧(Vp)付近やドレイン飽和電流(Idss)付近等の特殊な条件を除けば正比例関係であることが多く、温度による利得変動を抑えるような補償として、例えばドレイン電流を温度で変化させる手法、即ち温度に比例した正勾配にドレイン電流を制御する手法が採られている。   In general, the gain of a GaAs FET (field effect transistor) used in a high frequency circuit such as a microwave increases at a low temperature due to an increase in gm (transconductance). On the other hand, gm is a drain current (Id) of the FET. The larger the value, the more it tends to increase. Therefore, the drain current and the gain are often directly proportional except for special conditions such as near the pinch-off voltage (Vp) and near the drain saturation current (Idss). As a compensation to suppress, for example, a method of changing the drain current with temperature, that is, a method of controlling the drain current in a positive gradient proportional to the temperature is employed.

には、温度補償を実現するための基本的回路が示されており、この図では、Nチャンネルディプレッション型FET1のゲートに感温制御回路2を介して負電源3が接続され、またドレインにドレイン電圧供給用の正電源4が接続される。上記感温制御回路2には、温度に対して特性が変化するサーミスタ等の感温素子が設けられる。このようなバイアス調整回路では、上記負電源3からFET1に与えるゲート電圧を、感温制御回路2を介して可変調整することで、所望の温度特性を持ったドレイン電流を得ることができる。 FIG. 7 shows a basic circuit for realizing temperature compensation. In FIG. 7 , a negative power source 3 is connected to the gate of an N-channel depletion type FET 1 via a temperature sensitive control circuit 2, and A positive power supply 4 for supplying a drain voltage is connected to the drain. The temperature sensitive control circuit 2 is provided with a temperature sensitive element such as a thermistor whose characteristics change with temperature. In such a bias adjustment circuit, a drain current having a desired temperature characteristic can be obtained by variably adjusting the gate voltage applied to the FET 1 from the negative power supply 3 via the temperature sensing control circuit 2.

には、従来のFET用自動バイアス調整回路の構成が示されており、この図では、FET1のゲートにコレクタを接続し、かつドレインにエミッタを接続したPNPトランジスタQ1 、このトランジスタQ1 のベースに接続された感温制御回路2、ドレイン電流を検出するための抵抗(器)R、そして負電源側に抵抗Rが設けられる。このようなバイアス調整回路では、FET1のドレイン電流の変化が抵抗Rを介してトランジスタQ1 で検出されており、このトランジスタQ1 が感温制御回路2を介して温度補償をするための調整用電流をFET1のゲートに与えることで、所望の温度特性を持ったドレイン電流が得られるようになる。 FIG. 8 shows a configuration of a conventional FET automatic bias adjustment circuit. In FIG. 8 , a PNP transistor Q1 having a collector connected to the gate of FET1 and an emitter connected to the drain, and the transistor Q1 are shown. A temperature-sensitive control circuit 2 connected to the base, a resistor (unit) R 4 for detecting drain current, and a resistor R 5 are provided on the negative power supply side. In such a bias adjustment circuit, a change in the drain current of the FET 1 is detected by the transistor Q 1 via the resistor R 4, and an adjustment current for the transistor Q 1 to perform temperature compensation via the temperature sensing control circuit 2. Is given to the gate of the FET 1, a drain current having a desired temperature characteristic can be obtained.

特開平10−341142号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-341142

しかし、上記の図のようなバイアス調整回路では、使用素子そのものの静特性のバラツキによって、所望のドレイン電流に設定するためのゲート電圧が異なるため、ある素子に対して良好なドレイン電流温度特性に設定しても、他の素子では良好な条件とならないことが予想され、量産に不向きである。 However, in the bias adjustment circuit as shown in FIG. 7 described above, the gate voltage for setting a desired drain current differs depending on the static characteristics of the element itself used. Even if it is set to, it is expected that other elements will not be in good condition and is not suitable for mass production.

一方、図のバイアス調整回路では、所望のドレイン電流が得られるようにゲート電圧を調整するため、素子間の個体差が解消されるという利点があるが、上記感温制御回路2内の感温素子として、一般にサーミスタが用いられているため、次のような欠点がある。
即ち、このサーミスタは、
1.単体の抵抗値が絶対温度の逆数の対数に比例するため、単体では抵抗値が温度に対して直線とはならず、良好な直線性を得るためには、複数のサーミスタ,抵抗を組み合わせる必要があり、回路が複雑となる
2.一般の抵抗器のように、仕様等(諸元)が細かく分かれていない
3.抵抗器に比べて高価である
4.上記問題点により所望特性の変更を簡単に行うことができない
等の不都合がある。
On the other hand, the bias adjustment circuit of FIG. 8 has the advantage that individual differences between elements are eliminated because the gate voltage is adjusted so as to obtain a desired drain current. Since a thermistor is generally used as the temperature element, it has the following drawbacks.
That is, this thermistor
1. Since the resistance value of a single unit is proportional to the logarithm of the reciprocal of absolute temperature, the resistance value of a single unit is not linear with respect to temperature. To obtain good linearity, it is necessary to combine multiple thermistors and resistors. Yes, the circuit becomes complicated. 2. Specifications (specifications) are not finely divided like general resistors. 3. Expensive compared to resistors. Due to the above problems, there is a disadvantage that the desired characteristics cannot be easily changed.

そこで、従来では、サーミスタを用いないものとして、上記特許文献1にも示されているような図のバイアス調整回路が提案されている。
この図の回路は、図の感温制御回路2をなくし、トランジスタQ1 のベースと接地との間に第1抵抗Rを接続すると共に、ベースと正電源4との間に第2抵抗Rを接続し、トランジスタQ1 の温度特性を利用してドレイン電流の調整を図るようにしている。
Therefore, conventionally, a bias adjustment circuit of FIG. 9 as shown in Patent Document 1 has been proposed as one that does not use a thermistor.
The circuit of FIG. 9 eliminates the temperature-sensitive control circuit 2 of FIG. 8 , connects the first resistor R 1 between the base of the transistor Q 1 and the ground, and connects the second resistor between the base and the positive power source 4. connect the R 2, so that achieve the adjustment of the drain current by utilizing the temperature characteristics of the transistor Q1.

即ち、正電源4から印加される電圧をVとすると、(V−(V×(R/(R+R))+Vbe1 ))/R[Vbe1 :トランジスタQ1 のベース−エミッタ間電圧、R,R,R:各抵抗の値]の計算式で表されるドレイン電流Idとなるよう、トランジスタQ1 のコレクタ電流Ic1 が変化し、このコレクタ電流Ic1 は負電源3に流れるため、FET1のゲート電圧Vgが制御され、上述のドレイン電流Idで平衡状態となる。従って、トランジスタQ1 のベース電圧Vb1 の温度特性を利用して、所望の温度特性を持ったドレイン電流特性となるように回路諸元を選べば、利得が温度補償された安定動作が得られる。 That is, when the voltage applied from the positive power supply 4 to V 1, (V 1 - ( V 1 × (R 1 / (R 1 + R 2)) + Vbe1)) / R 4 [Vbe1: the base of the transistor Q1 - emitter during voltage, R 1, R 2, R 4: to be a drain current Id is expressed by equation of each resistor value, the collector current Ic1 of the transistor Q1 is changed, the collector current Ic1 to the negative power supply 3 Since the current flows, the gate voltage Vg of the FET 1 is controlled, and an equilibrium state is reached with the drain current Id. Therefore, by utilizing the temperature characteristic of the base voltage Vb1 of the transistor Q1 and selecting the circuit specifications so that the drain current characteristic has a desired temperature characteristic, a stable operation with gain compensated for temperature can be obtained.

しかしながら、図の回路のように、FET1の利得温度変動分をドレイン電流(Id)で補償する場合、使用温度範囲の幅が120℃程度(例えば−40℃〜+80℃)であると、高温時のドレイン電流は低温時のドレイン電流の2倍程度の変動で達成できるため、抵抗Rでの電圧降下が小さいときを平衡条件としてしまうと、ドレイン電流の変動が大きくなり過ぎるという不都合がある。即ち、ドレイン電流の変動幅を所望のレベルとするためには、抵抗(器)Rを大きくし、この抵抗Rでの電圧降下を大きくする必要があり、その結果、抵抗Rでの消費電力が増加し、またFET1のドレインへの印加電圧も温度での変動が大きくなるという問題があった。 However, when the gain temperature variation of the FET 1 is compensated by the drain current (Id) as in the circuit of FIG. 9 , if the operating temperature range is about 120 ° C. (for example, −40 ° C. to + 80 ° C.), the high temperature the drain current for achievable with variation of 2 times the drain current at a low temperature, when the when the voltage drop at the resistor R 4 is small resulting in a balanced condition, there is a disadvantage that the variation of the drain current is too large when . That is, in order to make the fluctuation range of the drain current and the desired level, the resistance (vessel) to increase the R 4, it is necessary to increase the voltage drop at the resistor R 4, as a result, the resistor R 4 There is a problem that the power consumption increases and the voltage applied to the drain of the FET 1 also varies greatly with temperature.

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、サーミスタを使わずに簡便な回路で所望の温度補償が達成できると共に、抵抗での消費電力が増加しないようにし、また温度補償の特性変更や調整を抵抗の仕様等の変更のみで任意に行うことが可能になるFET用自動バイアス調整回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to achieve a desired temperature compensation with a simple circuit without using a thermistor and to prevent an increase in power consumption at a resistor. It is an object of the present invention to provide an automatic bias adjustment circuit for FET that can arbitrarily change and adjust compensation characteristics only by changing resistance specifications.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、FETを駆動するFET用自動バイアス調整回路において、上記FETのゲート又はソースに接続され、そのゲート電圧又はソース電圧を制御する第1トランジスタと、上記FETのドレイン電流を検出するためのドレイン電流検出用抵抗と、上記第1トランジスタと接地との間に接続された第1抵抗と、上記第1トランジスタの接地側端子と電源との間に接続された第2抵抗と、上記第1トランジスタの接地側端子と電源との間に上記第2抵抗と並列に接続され、ダイオード又はトランジスタからなる感温素子と、上記第1トランジスタの接地側端子と電源との間に上記感温素子と直列に接続され、上記第2抵抗との組み合わせにより上記FETのドレイン電流の温度勾配をゼロ以外の任意の勾配に設定するための第3抵抗と、を設け、上記感温素子、第2抵抗及び第3抵抗に基づいて上記第1トランジスタのベース電圧を制御することにより、任意の温度勾配のドレイン電流にて上記FETの利得温度補償を行うことを特徴とする。
請求項2の発明は、上記FETのソースと上記第1トランジスタとの間に、このFETのソース電圧を制御する第2トランジスタを接続し、この第2トランジスタを介してドレイン電流を調整し、上記FETを単一電源で駆動するように構成したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a FET automatic bias adjustment circuit for driving an FET, wherein the first transistor is connected to the gate or source of the FET and controls the gate voltage or source voltage. A drain current detecting resistor for detecting a drain current of the FET, a first resistor connected between the first transistor and the ground, and a ground-side terminal of the first transistor and a power source. A connected second resistor, a temperature sensing element comprising a diode or a transistor connected in parallel with the second resistor between a ground side terminal of the first transistor and a power source, and a ground side terminal of the first transistor any and is connected in series with the temperature sensitive device between the power source, in combination with the second resistor nonzero temperature gradient of the drain current of the FET Third resistor for setting the gradient, a provided, said temperature sensitive element, by controlling the base voltage of the first transistor based on the second resistor and the third resistor, the drain current of any temperature gradients Thus, the gain temperature compensation of the FET is performed.
The invention of claim 2, between the source and the first transistor of the upper Symbol FET, connects the second transistor for controlling the source voltage of the FET, and adjust the drain current through the second transistor, The FET is configured to be driven by a single power source.

上記請求項1のFET用自動バイアス調整回路の構成によれば、ダイオード又はトランジスタの感温素子と直列になる第3抵抗と第2抵抗のそれぞれの値の組合せを変えることで、ドレイン電流の温度勾配を任意に設定することができ、これにより、所望の温度補償を実現することが可能となる。   According to the configuration of the automatic bias adjustment circuit for FET of claim 1, the temperature of the drain current is changed by changing the combination of the values of the third resistor and the second resistor in series with the temperature sensing element of the diode or transistor. The gradient can be arbitrarily set, and thus desired temperature compensation can be realized.

本発明のFET用自動バイアス調整回路によれば、サーミスタを使わずに簡便な回路で所望の温度補償が達成できると共に、第2抵抗の値に対する第3抵抗の値の組合せによって温度勾配を任意に設定できるので、ドレイン電流検出用抵抗(器)を小さいものとし、抵抗での消費電力を増加させることがない。
また、温度補償の特性変更や調整を抵抗の仕様、種類等(諸元)変更のみで任意に行うことが可能になるという効果がある。
更に、請求項の発明によれば、単電源で駆動する場合でも、FETの個々の特性のバラツキに応じたバイアス条件を設定することなく、かつ所望の温度補償ができるという効果がある。
According to the automatic bias adjustment circuit for FET of the present invention, along with the desired temperature compensation with a simple circuit without using a thermistor can be achieved, any temperature gradient by the combination of the third resistor value with respect to the second resistance value Therefore, the drain current detection resistor (unit) is made small, and the power consumption at the resistor is not increased.
In addition, there is an effect that it is possible to arbitrarily change or adjust the temperature compensation characteristics only by changing the specification and type (specifications) of the resistor.
Further, according to the second aspect of the present invention, even when driven by a single power source, there is an effect that desired temperature compensation can be performed without setting a bias condition corresponding to variations in individual characteristics of the FET.

本発明の第1実施例に係るFET用自動バイアス調整回路の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of an FET automatic bias adjustment circuit according to a first embodiment of the present invention; FIG. 第1実施例回路の仕様を変えたときの温度に対するドレイン電流特性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the drain current characteristic with respect to temperature when the specification of a 1st Example circuit is changed. 第1実施例回路の仕様を変えたときの温度に対するドレイン電流の直線性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the linearity of the drain current with respect to temperature when the specification of a 1st Example circuit is changed. 図2及び図3の回路諸元を示す表図である。FIG. 4 is a table showing the circuit specifications of FIGS. 2 and 3. 第2実施例の自動バイアス調整回路で、単電源構成とした場合の回路図である。It is a circuit diagram at the time of using a single power supply configuration in the automatic bias adjustment circuit of the second embodiment. 第3実施例の自動バイアス調整回路で、ダイオードの代わりにトランジスタを用いた場合の回路図である。It is a circuit diagram at the time of using a transistor instead of a diode in the automatic bias adjustment circuit of the third embodiment. 従来のFETにおいて温度補償をするための基本構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the basic composition for temperature compensation in the conventional FET. 従来において温度補償をするFET用自動バイアス調整回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the automatic bias adjustment circuit for FET which performs temperature compensation conventionally. 従来において温度補償をするFET用自動バイアス調整回路の具体的な構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific structure of the automatic bias adjustment circuit for FET which performs temperature compensation conventionally.

図1には、本発明の第1実施例に係るFET用自動バイアス調整回路が示されており、この第1実施例の回路は例えばマイクロ波増幅器に使用され、その基本的な構成は図10と同様となる。
図1において、Nチャンネル(N−ch)ディプレッション型FET1のゲートにコレクタを接続し、かつドレインにエミッタを接続したPNPの第1トランジスタQ1 が設けられ、FET1のゲート及び第1トランジスタQ1 のコレクタに抵抗(器)Rを介して負(極)電源3が接続される。また、FET1のドレイン及び第1トランジスタQ1 のエミッタには、FET1のドレイン電流を検出するための抵抗Rを介して正(極)電源4が配置され、第1トランジスタQ1 のベースと接地との間に第1抵抗R、このベースと正電源4との間に第1トランジスタQ1 のベース電圧を設定する第2抵抗Rが接続される。
FIG. 1 shows an FET automatic bias adjustment circuit according to a first embodiment of the present invention. The circuit of the first embodiment is used for a microwave amplifier, for example, and its basic configuration is shown in FIG. It will be the same.
In FIG. 1, a PNP first transistor Q1 having a collector connected to the gate of an N-channel (N-ch) depletion type FET1 and an emitter connected to the drain is provided. The gate of FET1 and the collector of the first transistor Q1 are provided. resistance (vessel) negative (electrode) power source 3 is connected via a R 5. Further, the drain and the emitter of the first transistor Q1 of the FET1, the positive through the resistor R 4 for detecting the drain current of FET1 (pole) power source 4 is disposed between the base and the ground of the first transistor Q1 A first resistor R 1 is connected in between, and a second resistor R 2 for setting the base voltage of the first transistor Q 1 is connected between the base and the positive power source 4.

そして、第1実施例では、第1トランジスタのQ1 のベース(接地側端子)と正電源4との間に、直列接続のダイオードD1 と第3抵抗Rが、上記第2抵抗に対し並列となるように接続されており、このダイオードD1 は、温度に対して電圧変動を与える感温素子として機能する。 Then, in the first embodiment, the base of the first transistor Q1 (ground-side terminal) between the positive power supply 4, is a diode D1 connected in series the third resistor R 3, and parallel to the said second resistor The diode D1 functions as a temperature-sensitive element that gives a voltage variation with respect to the temperature.

第1実施例は、以上の構成からなり、この自動バイアス調整回路におけるFET1のドレイン電流Idは、次の数式1で表すことができる。
[数1]
Id=(V−((R・V+R・V−R・VfD)/(R・R+R・R+R・R)×R+Vbe1 ))/R
なお、V:正電源4からの印加電圧、VfD:ダイオードD1 の順方向電圧、Vbe1 :トランジスタQ1 のベース−エミッタ間電圧、R,R,R,R:各抵抗の抵抗値である。
The first embodiment is configured as described above, and the drain current Id of the FET 1 in this automatic bias adjustment circuit can be expressed by the following formula 1.
[Equation 1]
Id = (V 1 − ((R 2 · V 1 + R 3 · V 1 −R 2 · V fD ) / (R 1 · R 2 + R 1 · R 3 + R 2 · R 3 ) × R 1 + Vbe1)) / R 4
V 1 : voltage applied from the positive power source 4, V fD : forward voltage of the diode D 1, Vbe 1: base-emitter voltage of the transistor Q 1 , R 1 , R 2 , R 3 , R 4 : resistance of each resistor Value.

上記数式1においては、それぞれ常温のVfD、Vbe1 にPN接合の順方向電圧温度変動分(変動係数:約−2mV/℃)を加算して計算すれば、所望の温度でのドレイン電流Idを求めることができる。但し、上記VfD、Vbe1は順方向電流によって変動するため、正確にはこの点を上記式で考慮する必要があり、現実的な設計は、Spiceモデル等を使ったシミュレーションで最適化を図ることが望ましい。 In the above formula 1, the drain current Id at a desired temperature can be calculated by adding the forward voltage temperature fluctuation (variation coefficient: about −2 mV / ° C.) of the PN junction to V fD and Vbe1 at room temperature. Can be sought. However, since V fD and Vbe1 fluctuate depending on the forward current, it is necessary to accurately take this point into consideration in the above equation, and realistic design should be optimized by simulation using the Spice model or the like. Is desirable.

以下、この回路の簡単な動作を説明する。
第1実施例で付加した上記ダイオードD1 及び第3抵抗Rがない場合、即ち図10の回路では、第1トランジスタQ1 のベース−エミッタ間電圧Vbe1 の温度変動よってFET1のドレイン電流Idが変動するが、その変動の傾き、大きさは、Vbe1 が温度に対して負の勾配であるから、ドレイン電流Idは温度に対して正勾配で、その変動幅はVとRでの電圧降下VDE、即ちVDE=V−(V×(R/(R+R))+Vbe1 )の差が小さいほど大きなものとなり、数式で表せば、低温時のRの電圧降下VDEをΔVR4、第1トランジスタQ1 のベース−エミッタ間電圧の温度変動幅をΔVbe1 とすると、高温時のドレイン電流Idは、((ΔVbe1 /ΔVR4)+1)倍となる。
Hereinafter, a simple operation of this circuit will be described.
If there is no the diode D1 and the third resistor R 3 with the addition in the first embodiment, i.e., the circuit of Figure 10, the base of the first transistor Q1 - drain current Id of the temperature variation thus FET1 emitter voltage Vbe1 fluctuates However, the slope and magnitude of the fluctuation is that the drain current Id is a positive slope with respect to the temperature because Vbe1 is a negative slope with respect to the temperature, and the fluctuation width is the voltage drop V 1 at V 1 and R 4. DE, i.e. V DE = V 1 - (V 1 × (R 1 / (R 1 + R 2)) + Vbe1) difference large as becomes smaller the a, if indicated by the equation, the voltage drop V DE cold when R 4 Is ΔVR4, and the temperature fluctuation width of the base-emitter voltage of the first transistor Q1 is ΔVbe1, the drain current Id at a high temperature is ((ΔVbe1 / ΔVR4) +1) times.

従って、この特性を利用して所望のドレイン電流Idの温度変動特性を実現することも可能であるが、上述のように、FET1の利得温度変動分をドレイン電流Idで補償する場合、使用温度範囲の幅が120℃程度であると、高温時のIdは低温時のIdの2倍程度の変動で達成できるため、上記抵抗Rでの電圧降下が小さいときを平衡条件とすると、ドレイン電流Idの変動が大きくなり過ぎ、このドレイン電流Idの変動幅を所望のレベルとするために抵抗Rでの電圧降下を大きくする結果、抵抗Rでの消費電力が増加するという不都合がある。 Therefore, it is possible to realize a desired temperature fluctuation characteristic of the drain current Id using this characteristic. However, as described above, when the gain temperature fluctuation of the FET 1 is compensated by the drain current Id, the operating temperature range is used. Is about 120 ° C., the Id at high temperature can be achieved with a fluctuation of about twice the Id at low temperature. Therefore, assuming that the voltage drop at the resistor R 4 is small, the drain current Id variation becomes too large, there is a disadvantage that the drain current Id voltage drop increase results in the resistor R 4 the fluctuation band to a desired level, power consumption at the resistor R 4 increases.

第1実施例では、ダイオードD1 及び抵抗Rを抵抗Rと並列に接続するので、抵抗Rが無限大の場合、ダイオード電圧VfDの変動は第1トランジスタQ1 のベース−エミッタ間電圧Vbe1 の温度変化と同勾配であるため、ドレイン電流Idの温度変動を抑える方向に作用するが、第1トランジスタQ1 のベース電圧Vb1 は正電源電圧Vから直列に抵抗R,ダイオードD1 (VfD),抵抗Rで接続された状態の抵抗Rに印加されている電圧となるから、ダイオード電圧VfDの温度変動よりも小さくなる。ここで、Rを非常に小さい値にした場合を考えると、Rも小さい値で済むので、上記Vbe1 とVb1 の変動は殆ど同じとなって、ドレイン電流Idが温度(変化)に対して殆ど変動しない状態となる。 In the first embodiment, since the connecting diode D1 and the resistor R 3 and a resistor R 2 in parallel, when the resistance R 2 is infinite, the variation of the diode voltage V fD is the base of the first transistor Q1 - emitter voltage Vbe1 since the temperature change of the same slope of, but acts in a direction to suppress the temperature fluctuation of the drain current Id, the base voltage Vb1 resistance R 3 from the positive supply voltages V 1 in series of the first transistor Q1, a diode D1 (V fD ), since the voltage applied to the resistor R 1 connected state by the resistor R 1, it is smaller than the temperature variation of the diode voltage V fD. Here, considering the case where R 4 is set to a very small value, since R 3 may also be a small value, the fluctuations of Vbe1 and Vb1 are almost the same, and the drain current Id is related to the temperature (change). Almost no change.

従って、ダイオードD1 と第3抵抗Rを付加した場合、ドレイン電流検出用の抵抗Rは小さな値でも、第3抵抗Rと第2抵抗Rの値の組み合わせにより、ドレイン電流Idの温度変動勾配をゼロ付近から非常に大きな勾配まで制御することが可能である。即ち、抵抗Rを小さい値にすることができるので、FET1以外で消費されるいわゆる無効電力も大幅に低減することが可能となる。 Therefore, when a diode D1 is added to the third resistor R 3, even a resistance R 4 for the drain current detection value smaller, by the combination of the third resistor R 3 second resistor R 2 values, the temperature of the drain current Id It is possible to control the fluctuation gradient from near zero to a very large gradient. That is, since the resistance R 4 can be made small, so-called reactive power consumed by other than the FET 1 can be greatly reduced.

図2には、第1実施例の回路において図4の各種条件でSpiceモデルを用いて計算した例が示されており、ここでは、図4のように、上記抵抗Rを0.5Ω、第1抵抗Rを3000Ω、正電源電圧Vを5Vとし、ダイオードD1 と第3抵抗Rがない場合、第2抵抗Rが無限大の場合、低温時のドレイン電流Idを100mAとし、かつ第2抵抗R,第3抵抗Rのそれぞれの値を変えることにより、高温時のドレイン電流Idを400mA、300mA、200mA、150mAとなるように最適化した場合のドレイン電流Idの温度特性を示す。この図2から、第1実施例の回路によれば、所望する任意の勾配(正勾配)のドレイン電流の温度変動特性を生成することが可能であることが分かる。 FIG. 2 shows an example of calculation using the Spice model under the various conditions of FIG. 4 in the circuit of the first embodiment. Here, as shown in FIG. 4, the resistance R 4 is set to 0.5Ω, the first resistor R 1 3000 ohms, the positive source voltages V 1 and 5V, when there is no diode D1 third resistor R 3, the case of the second resistor R 2 is infinity, the drain current Id at low temperatures as 100 mA, The temperature characteristics of the drain current Id when the drain current Id at high temperature is optimized to be 400 mA, 300 mA, 200 mA, and 150 mA by changing the respective values of the second resistor R 2 and the third resistor R 3. Indicates. As can be seen from FIG. 2, according to the circuit of the first embodiment, it is possible to generate a temperature fluctuation characteristic of the drain current having an arbitrary gradient (positive gradient) desired.

図3には、図4の各種条件におけるドレイン電流の直線性が示されており、この図3からも実施例回路で得られるドレイン電流の直線性が非常に優れていることが分かる。   FIG. 3 shows the linearity of the drain current under the various conditions of FIG. 4, and it can be seen from FIG. 3 that the linearity of the drain current obtained by the example circuit is very excellent.

図5には、第2実施例の構成が示されており、この第2実施例は、負電源を使わず、正電源4を単一電源とした単電源自動バイアス調整回路である。
この第2実施例は、FET1のソースにコレクタを接続して、FETのソース電圧を制御するNPNの第2トランジスタQ2 を設け、この第2トランジスタQ2 のエミッタを接地し、かつベースに抵抗Rを介して第1トランジスタQ1 のコレクタを接続することで、単電源の駆動が可能となるように構成する。そして、温度補償のために、第1実施例と同様に、ダイオードD1 及び第3抵抗Rが第2抵抗Rと並列になるように接続される。
FIG. 5 shows the configuration of the second embodiment. This second embodiment is a single power supply automatic bias adjustment circuit using a positive power supply 4 as a single power supply without using a negative power supply.
In this second embodiment, a collector is connected to the source of the FET 1, an NPN second transistor Q2 for controlling the source voltage of the FET is provided, the emitter of the second transistor Q2 is grounded, and a resistor R 6 is connected to the base. By connecting the collector of the first transistor Q1 through the circuit, a single power source can be driven. Then, for temperature compensation, as in the first embodiment, the diode D1 and the third resistor R 3 is connected in parallel with the second resistor R 2.

このような第2実施例によれば、温度が一定であるとき、ドレイン電流検出用抵抗Rで検出されたドレイン電流Idの変化(例えば増加)が第1トランジスタQ1 のコレクタ電流(Ic1 )の変化(減少)、そして第2トランジスタQ2 のベース電流(Ib2 )の変化(減少)として現れる結果、第2トランジスタQ2 のコレクタ−エミッタ間電圧(Vce2 )が変化(増加)し、これによりFET1のソース電圧が制御される結果、ドレイン電流が変化(減少)して一定に保たれる。即ち、第1実施例のように負電源3を有する場合は、FET1の個々の特性に応じたバイアス条件となるように、そのゲート電圧を調整することが可能であるが、単電源構成の場合は、このような調整ができない。これに対し、第2実施例では、FET1の個々の特性にバラツキがある場合でも、上記の動作により、安定したドレイン電流が得られるという利点がある。そして、温度が変化する場合には、これに加えて、ダイオードD1 及び第3抵抗Rの存在により、上述した温度補償を行うことができる。 According to the second embodiment, when the temperature is constant, the change in drain current Id detected by the drain current detection resistor R 4 (e.g. increase) the collector current of the first transistor Q1 (Ic1) As a result of the change (decrease) and the change (decrease) in the base current (Ib2) of the second transistor Q2, the collector-emitter voltage (Vce2) of the second transistor Q2 changes (increases), thereby causing the source of the FET1 As a result of the voltage being controlled, the drain current changes (decreases) and is kept constant. That is, when the negative power source 3 is provided as in the first embodiment, the gate voltage can be adjusted so that the bias conditions according to the individual characteristics of the FET 1 are satisfied. Cannot make such adjustments. On the other hand, in the second embodiment, there is an advantage that a stable drain current can be obtained by the above operation even when individual characteristics of the FET 1 vary. When the temperature changes, in addition to this, the presence of the diode D1 and the third resistor R 3, temperature compensation can be performed as described above.

図6には、第1実施例のダイオードに代えて第3トランジスタを用いた第3実施例の構成が示されている。
図6に示されるように、第3実施例は、ダイオードD1 の代わりに、コレクタ−ベース間を短絡したPNPの第3トランジスタQ3 を設けている。上記第1実施例で説明したように、第1トランジスタQ1 のベース電圧Vb1 とベース−エミッタ間電圧Vbe1 の変動が殆ど同じとなって、ドレイン電流Idが温度変化に対して殆ど変動しなくなるという特性を精度良く得るには、感温素子の電圧と第1トランジスタQ1 の電圧Vbe1 の温度特性が揃っていることが必要となる。
FIG. 6 shows a configuration of a third embodiment in which a third transistor is used instead of the diode of the first embodiment.
As shown in FIG. 6, in the third embodiment, a PNP third transistor Q3 in which the collector and base are short-circuited is provided in place of the diode D1. As described in the first embodiment, the base voltage Vb1 of the first transistor Q1 and the base-emitter voltage Vbe1 have almost the same variation, and the drain current Id hardly varies with temperature change. In order to obtain a high accuracy, it is necessary that the temperature characteristics of the voltage of the temperature sensing element and the voltage Vbe1 of the first transistor Q1 are aligned.

第3実施例では、感温素子として、ダイオードD1 の代わりに第1トランジスタQ1 と同じ特性のPNP第3トランジスタQ3 を用い、この第3トランジスタQ3 のベースとコレクタを短絡した状態でのベース−エミッタ間電圧Vbe1を利用することにより、精度のよい温度補償を実現することが可能となる。   In the third embodiment, a PNP third transistor Q3 having the same characteristics as the first transistor Q1 is used in place of the diode D1 as the temperature sensitive element, and the base-emitter in a state where the base and collector of the third transistor Q3 are short-circuited. By using the inter-voltage Vbe1, accurate temperature compensation can be realized.

なお、上記第2実施例において、感温素子として、ダイオードD1 の代わりに第3実施例のPNPの第3トランジスタQ3 を用いてもよいし、第4実施例のように、第1抵抗Rに対して並列に、ダイオードD1 (又は第3トランジスタQ3 )及び第3抵抗Rを接続してもよい。 In the second embodiment, the PNP third transistor Q3 of the third embodiment may be used in place of the diode D1 as the temperature sensitive element, or the first resistor R 1 may be used as in the fourth embodiment. in parallel with the diode D1 (or third transistor Q3) and the third may be a resistor R 3 connected.

簡便な回路で正又は負の任意の温度勾配を持つドレイン電流特性を生成することが可能となるので、実施例で挙げたマイクロ波増幅器以外にも、FETを用いた発振器の発振周波数や可変減衰器の減衰量の温度特性制御に使用することが可能である。   Since it is possible to generate a drain current characteristic having any positive or negative temperature gradient with a simple circuit, in addition to the microwave amplifier mentioned in the embodiment, the oscillation frequency and variable attenuation of an oscillator using an FET It can be used to control the temperature characteristics of the attenuation of the vessel.

1…N−chディプレッション型FET(電界効果トランジスタ)、
3…負電源、 4…正電源、
Q1 …第1(PNP)トランジスタ、
Q2 …第2(NPN)トランジスタ、
Q3 …第3(PNP)トランジスタ(感温素子)、
D1 …ダイオード(感温素子)、
…第1抵抗、 R…第2抵抗、
…第3抵抗、 R…ドレイン電流検出用抵抗。
1 ... N-ch depletion type FET (field effect transistor),
3 ... Negative power supply, 4 ... Positive power supply,
Q1 ... first (PNP) transistor,
Q2 ... second (NPN) transistor,
Q3 ... third (PNP) transistor (temperature sensing element),
D1 ... diode (temperature sensing element),
R 1 ... 1st resistance, R 2 ... 2nd resistance,
R 3 ... third resistance, R 4 ... drain current detection resistance.

Claims (2)

FETを駆動するFET用自動バイアス調整回路において、
上記FETのゲート又はソースに接続され、そのゲート電圧又はソース電圧を制御する第1トランジスタと、
上記FETのドレイン電流を検出するためのドレイン電流検出用抵抗と、
上記第1トランジスタと接地との間に接続された第1抵抗と、
上記第1トランジスタの接地側端子と電源との間に接続された第2抵抗と、
上記第1トランジスタの接地側端子と電源との間に上記第2抵抗と並列に接続され、ダイオード又はトランジスタからなる感温素子と、
上記第1トランジスタの接地側端子と電源との間に上記感温素子と直列に接続され、上記第2抵抗との組み合わせにより上記FETのドレイン電流の温度勾配をゼロ以外の任意の勾配に設定するための第3抵抗と、を設け、
上記感温素子、第2抵抗及び第3抵抗に基づいて上記第1トランジスタのベース電圧を制御することにより、任意の温度勾配のドレイン電流にて上記FETの利得温度補償を行うことを特徴とするFET用自動バイアス調整回路。
In the automatic bias adjustment circuit for FET that drives the FET,
A first transistor connected to the gate or source of the FET and controlling the gate voltage or source voltage;
A drain current detection resistor for detecting the drain current of the FET;
A first resistor connected between the first transistor and ground;
A second resistor connected between the ground-side terminal of the first transistor and a power source;
A temperature-sensitive element that is connected in parallel with the second resistor between the ground-side terminal of the first transistor and a power source, and is a diode or a transistor;
The temperature sensing element is connected in series between the ground-side terminal of the first transistor and the power source, and the temperature gradient of the drain current of the FET is set to an arbitrary gradient other than zero by combination with the second resistor. A third resistor for providing
By controlling the base voltage of the first transistor based on the temperature sensitive element, the second resistance, and the third resistance, the gain temperature compensation of the FET is performed with a drain current having an arbitrary temperature gradient. Automatic bias adjustment circuit for FET.
上記FETのソースと上記第1トランジスタとの間に、このFETのソース電圧を制御する第2トランジスタを接続し、この第2トランジスタを介してドレイン電流を調整し、上記FETを単一電源で駆動するように構成したことを特徴とする請求項1記載のFET用自動バイアス調整回路。 A second transistor for controlling the source voltage of the FET is connected between the source of the FET and the first transistor, the drain current is adjusted via the second transistor, and the FET is driven by a single power source. 2. The FET automatic bias adjustment circuit according to claim 1, wherein the FET automatic bias adjustment circuit is configured as described above .
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