JPH08102625A - 電気信号の処理装置 - Google Patents
電気信号の処理装置Info
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- JPH08102625A JPH08102625A JP7268013A JP26801395A JPH08102625A JP H08102625 A JPH08102625 A JP H08102625A JP 7268013 A JP7268013 A JP 7268013A JP 26801395 A JP26801395 A JP 26801395A JP H08102625 A JPH08102625 A JP H08102625A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/30—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters
- H03F1/306—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters in junction-FET amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
- H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/193—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only with field-effect devices
- H03F3/1935—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only with field-effect devices with junction-FET devices
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】単一の電圧源を用いて電解効果型トランジスタ
をバイアスし、浮動ソースバイアス法の欠点が発生しな
い技術を提供する。個別のFETの物理特性の変動を自
動的に補償する。 【解決手段】所望のドレイン電流を得るため、ソース抵
抗R5上に電圧を生じる。この抵抗にかかる電圧は所望
の電流で動作するFETに必要なゲートーソース電圧よ
り大きくなるよう、この抵抗を調整する。また、所望の
ドレイン電流もドレイン抵抗R1にかかる電圧を決定す
る。この電圧はバイポーラトランジスタQ1に付帯した
CR1,R2及びR3により決定された基準電圧と比較
される。Q1を流れる電流は、エミッタのVbeが基準
電圧上に降下する(一般的に0.65ボルト)よう流れ
る。R4を流れる電流はFETのゲートバイアス電圧を
生成して、さらに定常のドレイン電流を実現させる。
をバイアスし、浮動ソースバイアス法の欠点が発生しな
い技術を提供する。個別のFETの物理特性の変動を自
動的に補償する。 【解決手段】所望のドレイン電流を得るため、ソース抵
抗R5上に電圧を生じる。この抵抗にかかる電圧は所望
の電流で動作するFETに必要なゲートーソース電圧よ
り大きくなるよう、この抵抗を調整する。また、所望の
ドレイン電流もドレイン抵抗R1にかかる電圧を決定す
る。この電圧はバイポーラトランジスタQ1に付帯した
CR1,R2及びR3により決定された基準電圧と比較
される。Q1を流れる電流は、エミッタのVbeが基準
電圧上に降下する(一般的に0.65ボルト)よう流れ
る。R4を流れる電流はFETのゲートバイアス電圧を
生成して、さらに定常のドレイン電流を実現させる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子回路の設計に関
する。特に、電界効果型トランジスタ(FET)をバイ
アスする装置に関する。
する。特に、電界効果型トランジスタ(FET)をバイ
アスする装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来では、トランジスタは通常高周波数
増幅器として使われている。動作周波数がマイクロ波の
周波数以下(例えば<2GHz)の応用においては、シ
リコンバイポーラトランジスタが一般的に使用される。
一般的にシリコンバイポーラトランジスタは電界効果型
トランジスタ(FET)のような特性を有さないが、バ
イポーラトランジスタは、従来のFETに比べてそのバ
イアス回路が一般的に簡単である特徴を持っている。特
に、単一の電圧源によってシリコンバイポーラトランジ
スタをバイアスする技術は周知の通りである。
増幅器として使われている。動作周波数がマイクロ波の
周波数以下(例えば<2GHz)の応用においては、シ
リコンバイポーラトランジスタが一般的に使用される。
一般的にシリコンバイポーラトランジスタは電界効果型
トランジスタ(FET)のような特性を有さないが、バ
イポーラトランジスタは、従来のFETに比べてそのバ
イアス回路が一般的に簡単である特徴を持っている。特
に、単一の電圧源によってシリコンバイポーラトランジ
スタをバイアスする技術は周知の通りである。
【0003】マイクロ波の周波数域の応用においては、
FETはバイポーラトランジスタよりもよりよいゲイ
ン、ノイズ及び線形特性を有するため、FETはバイポ
ーラトランジスタよりももっと広範囲に使用される。し
かしながら、FETは全体的にバイポーラトランジスタ
より優れる特性を持つにもかかわらず、低周波数域(例
えば<2GHz)におけるFETの応用は一般的ではな
い。その理由は2つある。まず、バイポーラトランジス
タの機能特性は一般的にFETより劣っているが、多く
の応用において満足できる。次に、FETは一般的に高
価であり、且つFETが適切なバイアスをかけるために
2つの異なる電圧源を必要とするため、バイポーラの使
用より煩雑となる。ある応用において、1つの電圧源に
よるバイアスでFETを浮動する("float")方法もあ
るが、これはFETの機能を低下させてしまう。
FETはバイポーラトランジスタよりもよりよいゲイ
ン、ノイズ及び線形特性を有するため、FETはバイポ
ーラトランジスタよりももっと広範囲に使用される。し
かしながら、FETは全体的にバイポーラトランジスタ
より優れる特性を持つにもかかわらず、低周波数域(例
えば<2GHz)におけるFETの応用は一般的ではな
い。その理由は2つある。まず、バイポーラトランジス
タの機能特性は一般的にFETより劣っているが、多く
の応用において満足できる。次に、FETは一般的に高
価であり、且つFETが適切なバイアスをかけるために
2つの異なる電圧源を必要とするため、バイポーラの使
用より煩雑となる。ある応用において、1つの電圧源に
よるバイアスでFETを浮動する("float")方法もあ
るが、これはFETの機能を低下させてしまう。
【0004】FETは一般的にクラスAの増幅器として
機能するようバイアスされ、信号レベルにかかわらず、
定常となるドレイン電流及びドレイン−ソース電圧が得
られる。しかし、製造上の変動により、各自のFETの
物理特性(例、ピンチオフ電圧や相互コンダクタンス)
が変わるので、このような変動を補償し、定常のドレイ
ン電流とドレイン−ソース電圧を保証するために付加的
な回路が必要となる。当然のことながら、ある応用にお
いては、このようなFETの物理特性の変動が問題とな
らない場合もある。
機能するようバイアスされ、信号レベルにかかわらず、
定常となるドレイン電流及びドレイン−ソース電圧が得
られる。しかし、製造上の変動により、各自のFETの
物理特性(例、ピンチオフ電圧や相互コンダクタンス)
が変わるので、このような変動を補償し、定常のドレイ
ン電流とドレイン−ソース電圧を保証するために付加的
な回路が必要となる。当然のことながら、ある応用にお
いては、このようなFETの物理特性の変動が問題とな
らない場合もある。
【0005】図1はFETとフィードバック制御システ
ムを含む増幅器の回路図を示す。この制御システムはト
ランジスタの物理的特性の変化にかかわらず、ドレイン
電流とFETの電圧を指定されたレベルに安定させる。
ドレイン電流はレジスタにおいて基準値との比較により
感知され、負のゲートバイアスが所望の設定条件になる
よう調整される。高機能の応用においては、操作増幅器
を用いてフィードバック機能を実現する。しかしなが
ら、基本的な概念は一緒である。この種類のバイアス回
路は正常に動作し、広く使用される。この回路の重要な
欠点としては、2つの電圧源を必要とすることである。
ムを含む増幅器の回路図を示す。この制御システムはト
ランジスタの物理的特性の変化にかかわらず、ドレイン
電流とFETの電圧を指定されたレベルに安定させる。
ドレイン電流はレジスタにおいて基準値との比較により
感知され、負のゲートバイアスが所望の設定条件になる
よう調整される。高機能の応用においては、操作増幅器
を用いてフィードバック機能を実現する。しかしなが
ら、基本的な概念は一緒である。この種類のバイアス回
路は正常に動作し、広く使用される。この回路の重要な
欠点としては、2つの電圧源を必要とすることである。
【0006】図2は単一の電圧源を用いてFETをバイ
アスする浮動ソース(floated source)方法を利用した
代表的な回路の回路図を示す。ソースレジスタを流れる
電流はFETゲートを有効にバイアスして、ソースに対
して負の電位を得る。ソースはキャパシタにより接地に
バイパスされて、負のフィードバックを緩和する。この
回路は一般的に低周波数に適用され、高周波数への応用
において、その機能が大幅に低下するという欠点があ
る。浮動ソース方法のもう1つの欠点としては、通常製
造に起こる各自のFETの物理特性の変動が許容以上の
ドレイン電流及びドレイン−ソース電圧の変動を起こさ
せる。
アスする浮動ソース(floated source)方法を利用した
代表的な回路の回路図を示す。ソースレジスタを流れる
電流はFETゲートを有効にバイアスして、ソースに対
して負の電位を得る。ソースはキャパシタにより接地に
バイパスされて、負のフィードバックを緩和する。この
回路は一般的に低周波数に適用され、高周波数への応用
において、その機能が大幅に低下するという欠点があ
る。浮動ソース方法のもう1つの欠点としては、通常製
造に起こる各自のFETの物理特性の変動が許容以上の
ドレイン電流及びドレイン−ソース電圧の変動を起こさ
せる。
【0007】時に、このような変動は、ソースに可変レ
ジスタを直列に接続する(図2に示す)ことにより部分
的に補償される。回路が作られた後、可変レジスタは所
望のドレイン電流を得るよう調整される。しかし、これ
はドレイン−ソース電圧の変動を起こさせる可能性があ
り、ある応用においては、この電圧は基準パラメータで
ある。回路の複雑さ及び設計の洗練性により、可変レジ
スタが様々な方法により製造される(例えば、電位差
計、ハイブリッド回路に入れたマルチワイヤボンディン
グ平行抵抗、レーザ微調整の薄膜抵抗など)。
ジスタを直列に接続する(図2に示す)ことにより部分
的に補償される。回路が作られた後、可変レジスタは所
望のドレイン電流を得るよう調整される。しかし、これ
はドレイン−ソース電圧の変動を起こさせる可能性があ
り、ある応用においては、この電圧は基準パラメータで
ある。回路の複雑さ及び設計の洗練性により、可変レジ
スタが様々な方法により製造される(例えば、電位差
計、ハイブリッド回路に入れたマルチワイヤボンディン
グ平行抵抗、レーザ微調整の薄膜抵抗など)。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、単一の電圧源により電界効果型トランジスタをバイ
アスし、従来の浮動ソースバイアスの欠点を有さない方
法を提供することである。また、本発明は、各自のFE
Tの通常製造における物理特性の変動を自動的に補償す
ることができる。
は、単一の電圧源により電界効果型トランジスタをバイ
アスし、従来の浮動ソースバイアスの欠点を有さない方
法を提供することである。また、本発明は、各自のFE
Tの通常製造における物理特性の変動を自動的に補償す
ることができる。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の回路には電界効果型トランジスタ、バイポ
ーラトランジスタ及び単一の電圧源を含む。
に、本発明の回路には電界効果型トランジスタ、バイポ
ーラトランジスタ及び単一の電圧源を含む。
【0010】
【発明の実施の形態】図3には、本発明の一実施形態に
よる単一電圧源を用いてFETをバイアスする回路図を
示す。この回路にはただ1つの電圧源しか有さず、前述
した浮動ソース法の問題が存在しない。また、負の供給
電圧を必要としないほかに、FETの製造上の変動を自
動的に調整でき、ドレイン−ソース電圧を安定させる。
よる単一電圧源を用いてFETをバイアスする回路図を
示す。この回路にはただ1つの電圧源しか有さず、前述
した浮動ソース法の問題が存在しない。また、負の供給
電圧を必要としないほかに、FETの製造上の変動を自
動的に調整でき、ドレイン−ソース電圧を安定させる。
【0011】所望のドレイン電流を得るため、ソース抵
抗R5上に電圧を生じる。この抵抗にかかる電圧は所望
の電流で動作するFETに必要なゲート−ソース電圧よ
り大きくなるよう、この抵抗を調整する必要がある。ま
た、所望のドレイン電流もドレイン抵抗R1にかかる電
圧を決定する。この電圧はバイポーラトランジスタQ1
に付帯したCR1、R2及びR3により決定された基準電
圧と比較される。Q1を流れる電流は、エミッタのVbe
が基準電圧上に降下する(一般的に0.65ボルト)よ
う流れる。R4を流れる電流はFETのゲートバイアス
電圧を生成して、さらに定常のドレイン電流を実現させ
る。おな、ドレイン抵抗R1とソースレジスタR5が固定
であるので、ピンチオフ電圧またはFETの相互コンダ
クタンスを無視する場合、FETドレイン−ソース電圧
VDSは一定となる。オプションとしてのダイオードCR
1は限定された温度範囲に動作する、または小さな温度
誘起変動が認められる回路に加えることが好ましい。ダ
イオードCR1は温度対電圧特性を生成する利点があ
る。この温度対電圧特性は対応するバイポーラトランジ
スタQ1のベース−エミッタ結合の電圧対温度特性をキ
ャンセルすることができる。ダイオードCR1の加わっ
た本発明の実施形態においては、ダイオードCR1はバ
イポーラトランジスタQ1のベース−エミッタ結合にマ
ッチすることが好ましい。
抗R5上に電圧を生じる。この抵抗にかかる電圧は所望
の電流で動作するFETに必要なゲート−ソース電圧よ
り大きくなるよう、この抵抗を調整する必要がある。ま
た、所望のドレイン電流もドレイン抵抗R1にかかる電
圧を決定する。この電圧はバイポーラトランジスタQ1
に付帯したCR1、R2及びR3により決定された基準電
圧と比較される。Q1を流れる電流は、エミッタのVbe
が基準電圧上に降下する(一般的に0.65ボルト)よ
う流れる。R4を流れる電流はFETのゲートバイアス
電圧を生成して、さらに定常のドレイン電流を実現させ
る。おな、ドレイン抵抗R1とソースレジスタR5が固定
であるので、ピンチオフ電圧またはFETの相互コンダ
クタンスを無視する場合、FETドレイン−ソース電圧
VDSは一定となる。オプションとしてのダイオードCR
1は限定された温度範囲に動作する、または小さな温度
誘起変動が認められる回路に加えることが好ましい。ダ
イオードCR1は温度対電圧特性を生成する利点があ
る。この温度対電圧特性は対応するバイポーラトランジ
スタQ1のベース−エミッタ結合の電圧対温度特性をキ
ャンセルすることができる。ダイオードCR1の加わっ
た本発明の実施形態においては、ダイオードCR1はバ
イポーラトランジスタQ1のベース−エミッタ結合にマ
ッチすることが好ましい。
【0012】図3に示す本発明の実施形態に対して、次
の4つの条件が満足されるべきである。 ID=(V−Vb−0.65)/R1 (1) VDS=V−ID(R1+R5) (2) Vb=(V−0.65)R3/(R2+R3) (3) 0≦VG≦IDR5 (4) 単に限定された温度範囲に動作する回路、または小さな
温度誘起変動は許容できる回路の応用においては、本発
明の実施形態ではダイオードCR1を省略できる。別法
として、広い温度範囲の応用においては、FETは温度
とともにゲインが増加し、本発明による図4の回路は広
い温度範囲で動作する不良効果を緩和する。特に、ダイ
オードCR1は省略され、0個、1個、2個または更に
多いダイオードが抵抗R1に直列に追加される。1つま
たはそれ以上のダイオードをレジスタR1に直接に追加
する目的は、温度についてドレイン電流が線形的に増加
するためである。そのため、本発明の回路に追加したダ
イオードの数はそれぞれの素子の温度対ゲイン及び電流
対温度の特性に依存する。本発明の実施形態の利点とし
てさらに、温度補償のためにダイオードを使用すること
により、回路は他の増幅器段を補償することができる。
の4つの条件が満足されるべきである。 ID=(V−Vb−0.65)/R1 (1) VDS=V−ID(R1+R5) (2) Vb=(V−0.65)R3/(R2+R3) (3) 0≦VG≦IDR5 (4) 単に限定された温度範囲に動作する回路、または小さな
温度誘起変動は許容できる回路の応用においては、本発
明の実施形態ではダイオードCR1を省略できる。別法
として、広い温度範囲の応用においては、FETは温度
とともにゲインが増加し、本発明による図4の回路は広
い温度範囲で動作する不良効果を緩和する。特に、ダイ
オードCR1は省略され、0個、1個、2個または更に
多いダイオードが抵抗R1に直列に追加される。1つま
たはそれ以上のダイオードをレジスタR1に直接に追加
する目的は、温度についてドレイン電流が線形的に増加
するためである。そのため、本発明の回路に追加したダ
イオードの数はそれぞれの素子の温度対ゲイン及び電流
対温度の特性に依存する。本発明の実施形態の利点とし
てさらに、温度補償のためにダイオードを使用すること
により、回路は他の増幅器段を補償することができる。
【0013】本発明の実施形態におけるすべての要素は
市販されている。また、D.L. Schilling and C. Belove
著の"Electronic Circuits, Discrete and Integrated"
(2ndEd., McGraw-Hill Book Company, 1979)、P. Horow
itz and W. Hill著の"The Art of Electronics"(Cambri
dge University Press, 1980)、V. Del Toro著の"Princ
iples of Electrical Engineering"(Prentice-Hall, 19
72)、J. Millman andC. Halkias著の"Electronic Funda
mentals and Applications for Engineers and Scienti
sts"(McGraw-Hill Book Company, 1976)をここで参照し
た。
市販されている。また、D.L. Schilling and C. Belove
著の"Electronic Circuits, Discrete and Integrated"
(2ndEd., McGraw-Hill Book Company, 1979)、P. Horow
itz and W. Hill著の"The Art of Electronics"(Cambri
dge University Press, 1980)、V. Del Toro著の"Princ
iples of Electrical Engineering"(Prentice-Hall, 19
72)、J. Millman andC. Halkias著の"Electronic Funda
mentals and Applications for Engineers and Scienti
sts"(McGraw-Hill Book Company, 1976)をここで参照し
た。
【0014】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の回路によ
り、単一の電圧源を用いて電解効果型トランジスタをバ
イアスすることができ、且つ従来の浮動ソースバイアス
法の欠点が発生しない。更に、個別のFETの通常製造
による物理特性の変動を自動的に補償することができ
る。
り、単一の電圧源を用いて電解効果型トランジスタをバ
イアスすることができ、且つ従来の浮動ソースバイアス
法の欠点が発生しない。更に、個別のFETの通常製造
による物理特性の変動を自動的に補償することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】2つの対向極性の電圧源を用いてFETをバイ
アスする電子回路を表す回路図。
アスする電子回路を表す回路図。
【図2】浮動ソース法によるFETのバイアスを用いた
電子回路を表す回路図。
電子回路を表す回路図。
【図3】本発明による単一の電圧源を用いてFETをバ
イアスし、浮動ソース法の欠点を回避できる電子回路を
表す回路図。
イアスし、浮動ソース法の欠点を回避できる電子回路を
表す回路図。
【図4】本発明による広範囲の温度領域に適用できる電
子回路を表す回路図。
子回路を表す回路図。
R1、R2、R3、R4、R5 レジスタ C1 キャパシタ CR1、CR2、CR3 ダイオード L1、L2 チョック Q1 バイポーラトランジスタ
Claims (6)
- 【請求項1】 入力であるゲートリード、出力であるド
レインリード及びソースリードを有する電界効果型トラ
ンジスタと、 ベースリード、コレクタリード及びエミッタリードを有
するバイポーラトランジスタと、 第1リードと第2リードを有する第1チョックL1と、
前記第1チョックの前記第1リードは前記ゲートリード
に接続され、前記第1チョックの前記第2リードは前記
コレクタリードに接続される、 第1リードと第2リードを有する第2チョックL2と、
前記第2チョックの前記第1リードは前記ドレインリー
ドに接続され、前記第2チョックの前記第2リードは前
記エミッタリードに接続される、を有する電気信号を処
理する装置において、 第1リードと第2リードを有する第1抵抗R1におい
て、前記第1抵抗の第1リードは前記エミッタリードに
接続され、前記第1抵抗の第2リードは電圧源に接続さ
れ、 第1リードと第2リードを有する第2抵抗R2におい
て、前記第2抵抗の第1リードは前記ベースリードに接
続され、前記第2抵抗の第2リードは前記電圧源に接続
され、 第1リードと第2リードを有する第3抵抗R3におい
て、前記第3抵抗の第1リードは前記ベースリードに接
続され、前記第3抵抗の第2リードは接地され、 第1リードと第2リードを有する第4抵抗R4におい
て、前記第4抵抗の第1リードは前記コレクタリードに
接続され、前記第4抵抗の第2リードは接地され、 第
1リードと第2リードを有する第5抵抗R5において、
前記第5抵抗の第1リードは前記ソースリードに接続さ
れ、前記第5抵抗の第2リードは接地され、 第1リードと第2リードを有する第1キャパシタC1に
おいて、前記第1キャパシタの第1リードは前記ソース
リードに接続され、前記第1キャパシタの第2リードは
接地されることを特徴とする電気信号の処理装置。 - 【請求項2】 第1リードと第2リードを有する第2キ
ャパシタと、前記第2キャパシタの第1リードは前記コ
レクタリードに接続され、前記第2キャパシタの第2リ
ードは接地される、 第1リードと第2リードを有する第3キャパシタと、前
記第3キャパシタの第1リードは前記エミッタリードに
接続され、前記第3キャパシタの第2リードは接地され
るをさらに有することを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項3】 前記第2抵抗に直列に接続されるダイオ
ードCR1をさらに有することを特徴とする請求項1の
装置。 - 【請求項4】 前記ダイオードCR1は前記バイポーラ
トランジスタのベース−エミッタ結合にマッチすること
を特徴とする請求項3の装置。 - 【請求項5】 前記第1抵抗に直列に接続されるダイオ
ードCR2をさらに有することを特徴とする請求項1の
装置。 - 【請求項6】 前記第1抵抗に直列に接続される2つの
ダイオードCR2とCR3をさらに有することを特徴とす
る請求項1の装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/311,224 US5483191A (en) | 1994-09-23 | 1994-09-23 | Apparatus for biasing a FET with a single voltage supply |
US311224 | 1994-09-23 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08102625A true JPH08102625A (ja) | 1996-04-16 |
Family
ID=23205964
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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