JPS5824515Y2 - Power field effect transistor drive circuit - Google Patents

Power field effect transistor drive circuit

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JPS5824515Y2
JPS5824515Y2 JP3326578U JP3326578U JPS5824515Y2 JP S5824515 Y2 JPS5824515 Y2 JP S5824515Y2 JP 3326578 U JP3326578 U JP 3326578U JP 3326578 U JP3326578 U JP 3326578U JP S5824515 Y2 JPS5824515 Y2 JP S5824515Y2
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JP
Japan
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transistor
drive
emitter
field effect
effect transistor
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JP3326578U
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Inventor
和見 佐野
初男 森下
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東北金属工業株式会社
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電力用接合型電界効果トランジスタFETを用
いた増幅器における前記FETの駆動回路に関し、特に
前記FETをスイッチング素子として使用することを目
的とする増幅器における電力用FET駆動回路に関する
ものである。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a drive circuit for an FET in an amplifier using a power junction field effect transistor (FET), and particularly to a power FET drive circuit in an amplifier intended to use the FET as a switching element. It is related to circuits.

一般にこの種の増幅器においてFETをスイッチング動
作させるためには周知のように矩形波形で駆動するが、
駆動波形を変えずにFETのゲートに与えるにはゲート
入力インピーダンスより駆動インピーダンスを低くする
必要があり、このために駆動電力を多く費すこととなっ
ていた。
Generally, in order to perform switching operations on FETs in this type of amplifier, the FETs are driven with a rectangular waveform as is well known.
In order to apply the driving waveform to the gate of the FET without changing the driving waveform, it is necessary to make the driving impedance lower than the gate input impedance, which requires a large amount of driving power.

矩形波形が乱れると、FET増幅器の増幅効率の低下が
生じるばかりか、FET素子の発熱が多くなり増幅器の
放熱器を大きくしなげればならずコスト高となることか
ら、FETのスイッチング動作を良好な矩形波形により
完全に行なうことは極めて重要である。
If the rectangular waveform is disturbed, not only will the amplification efficiency of the FET amplifier decrease, but the FET element will generate more heat, which will require a larger heatsink for the amplifier, increasing costs. It is extremely important to do this completely with a rectangular waveform.

本考案の目的は上記に鑑み電力用接合型FETのスイッ
チング駆動電力が少なくてすみ、かつFETを高周波の
正確な矩形波形でスイッチングできる電力用FET駆動
回路を提供することにある。
In view of the above, it is an object of the present invention to provide a power FET drive circuit that requires less switching driving power for a power junction FET and can switch the FET with a high frequency accurate rectangular waveform.

以下、図面を参照して本考案を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は電力用接合型FET0高周波時の等何回路を示
す。
FIG. 1 shows the circuit of the power junction FET0 at high frequency.

第1図において、Gがゲート、Dがドレイン、Sがソー
スである。
In FIG. 1, G is the gate, D is the drain, and S is the source.

ゲート入力インピーダンスZinはソース接地形のとき
、C5,Crにより決まる。
The gate input impedance Zin is determined by C5 and Cr when the source is grounded.

ゲートGから見たゲート入力容量CinはC1o=Ci
+Crであるが、主にCiと考えてよい。
The gate input capacitance Cin seen from the gate G is C1o=Ci
+Cr, but it can be thought of as mainly Ci.

従ってゲート入力インピーダンスZin=1/ω・Ci
nであり、現在の電力用接合型FETのC1は3000
pF’−1000pF程度である。
Therefore, gate input impedance Zin=1/ω・Ci
n, and C1 of the current power junction FET is 3000
It is about pF'-1000pF.

例えばC: = 2000pF、ω=2πf (f =
lo OkHz)の時、Zln−800Ωとなる。
For example, C: = 2000pF, ω = 2πf (f =
lo OkHz), Zln-800Ω.

スイッチング波形駆動で100 kHz矩形波形の中に
含まれる高調波成分はI MHzも含み、lμsの立ち
上りを要し、この場合Zin−80Ωになる。
The harmonic components included in the 100 kHz rectangular waveform in the switching waveform drive include I MHz, and require a rising time of 1 μs, which in this case becomes Zin-80Ω.

第2図は電力用接合型FETのプッシュプル回路の動作
を示す図で、■Dはドレイン電流、vGsはゲート・ソ
ース間電圧、VDDはドレインに加わる電圧である。
FIG. 2 is a diagram showing the operation of a push-pull circuit of a power junction FET, where .DELTA.D is the drain current, vGs is the gate-source voltage, and VDD is the voltage applied to the drain.

図中、FETを動作させるにはvGs=OからvGs=
−20v×2の信号波形が必要である。
In the figure, to operate the FET, vGs=O to vGs=
-20v×2 signal waveform is required.

すなわちVDD=140Vの時にはFETの電圧増幅率
をμとすればゲート信号はVDDX2/μ=40V必要
となることはプッシュプル回路動作においては周知のと
おりである。
That is, as is well known in the push-pull circuit operation, when VDD=140V, if the voltage amplification factor of the FET is μ, the gate signal needs to be VDDX2/μ=40V.

今、FETの入力インピーダンスZ、n=80Ω、駆動
波形電圧VGS=40VPPとすれば、第3図に示すよ
うな従来のFETブツシュ・プル回路においてはRGを
駆動用トランジスタのエミッタ抵抗とするとFETの駆
動電力PはP=(VGS)/RG=(40) /so=
20 wattとなる。
Now, assuming that the FET input impedance Z, n = 80Ω, and the drive waveform voltage VGS = 40VPP, in the conventional FET push-pull circuit shown in Figure 3, if RG is the emitter resistance of the drive transistor, the FET The driving power P is P=(VGS)/RG=(40)/so=
It becomes 20 watts.

なお、これらの駆動電圧はFETの出力電力に関係なく
、またFETのゲートに注入されるものではない。
Note that these driving voltages are independent of the output power of the FET and are not injected into the gate of the FET.

ただ単にFETのゲートに矩形電圧を与えるための電力
であり、FETの1つの特徴である電圧制御型素子の入
力インピーダンスが高いことが生かされない。
The power is simply used to apply a rectangular voltage to the gate of the FET, and one of the characteristics of the FET, which is the high input impedance of the voltage-controlled element, is not utilized.

さて、第4図に本考案の一実施例による駆動回路を用い
たブツシュ・プル回路方式の増幅器を示す。
Now, FIG. 4 shows a bush-pull circuit type amplifier using a drive circuit according to an embodiment of the present invention.

入力信号(矩形波)は発振回路との結合用変成器T−1
に入り位相反転されて、PNP形の増幅段トランジスタ
Q1.Q2の各々のベースに入り供給電源負電圧−Bと
供給電源正電圧子Bを加えた電圧まで増幅される。
The input signal (square wave) is connected to the oscillation circuit through the coupling transformer T-1.
PNP type amplification stage transistor Q1. It enters the base of each of Q2 and is amplified to a voltage that is the sum of the supply power supply negative voltage -B and the supply power supply positive voltage terminal B.

増幅段トランジスタQ1゜Q2の出力はそれぞれエミッ
タホロワ形駆動用トランジスタQ3− Q4のベースに
入力され、電圧増幅はされないが周知のようにインピー
ダンス変換され出力インピーダンスが低く下げられる。
The outputs of the amplifier stage transistors Q1 and Q2 are respectively input to the bases of emitter follower drive transistors Q3 and Q4, and although the voltage is not amplified, the impedance is converted as is well known and the output impedance is lowered.

この駆動用トランジスタQ3−Q4のエミッタはそれぞ
れソース接地形のNチャンネル電力用接合型FETQ5
−Q6のゲートに直結される。
The emitters of these driving transistors Q3 and Q4 are each N-channel power junction type FET Q5 whose source is grounded.
- Directly connected to the gate of Q6.

また、駆動用トランジスタQ3−Q4はそれぞれコレク
タが負電位−Bにエミッタがエミッタ抵抗RGす介して
正電位子Bに接続される。
Further, each of the driving transistors Q3 and Q4 has a collector connected to a negative potential -B and an emitter connected to a positive potential terminal B through an emitter resistor RG.

このように、電力用接合型FETQ5.Q6がNチャン
ネル形の場合には、増幅段トランジスタQl−Q2には
PNP形を用い、駆動用トランジスタQ3.Q4にもP
NP形を用い、増幅段トランジスタQl−Q2のコレク
タがそれぞれ抵抗を介して負電圧−Bに、増幅段トラン
ジスタQ□−Q2のエミッタがそれぞれ正電位子Bに接
続され、駆動用トランジスタQ3.Q4のコレクタがそ
れぞれ負電位−Bに、駆動用トランジスタQ3−Q4の
エミッタがそれぞれ抵抗RGを介して正電位子Bに接続
される。
In this way, power junction FETQ5. When Q6 is an N-channel type, the amplifier stage transistors Ql-Q2 are PNP type, and the driving transistors Q3. P also in Q4
Using the NP type, the collectors of the amplification stage transistors Ql-Q2 are connected to a negative voltage -B through resistors, the emitters of the amplification stage transistors Q□-Q2 are respectively connected to a positive potential element B, and the driving transistors Q3. The collectors of Q4 are each connected to negative potential -B, and the emitters of drive transistors Q3-Q4 are each connected to positive potential B through resistors RG.

なお、電力用接合型FETQ5.Q6が第4図とは逆の
Pチャンネル形の場合には、増幅段トランジスタQl−
Q2にはNPN形を用い、駆動用トランジスタQ3−Q
4にもNPN形を用い、増幅段トランジスタQl−Q2
のコレクタがそれぞれ抵抗を介して正電位子Bに、増幅
段トランジスタQl−Q2のエミッタがそれぞれ負電位
−Bに接続され、駆動用トランジスタQ3−Q4のコレ
クタがそれぞれ正電位子Bに、駆動用トランジスタQ3
−Q4のエミッタがそれぞれ抵抗RGを介して負電位−
Bに接続される。
Note that the power junction FET Q5. If Q6 is a P-channel type opposite to that shown in FIG. 4, the amplification stage transistor Ql-
NPN type is used for Q2, and driving transistors Q3-Q
NPN type is also used for 4, and amplification stage transistors Ql-Q2
The collectors of the amplifier stage transistors Ql-Q2 are connected to the positive potential terminal B through resistors, the emitters of the amplifier stage transistors Ql-Q2 are connected to the negative potential -B, respectively, and the collectors of the driving transistors Q3-Q4 are connected to the positive potential terminal B, respectively. Transistor Q3
-The emitter of Q4 is at a negative potential through each resistor RG.
Connected to B.

なお、第4図において、T−2はFETQ5−Q6と負
荷RLとの結合用変成器である。
In addition, in FIG. 4, T-2 is a transformer for coupling FETs Q5-Q6 and load RL.

第5図にFETQ5−Q6のゲート信号波形を示す。FIG. 5 shows the gate signal waveforms of FETQ5-Q6.

以下の説明はNチャンネルFETについての説明を行な
うがPチャンネルFETの動作については電圧符号の変
換だけで同様の説明となることは言うまでもない。
The following explanation will be made regarding the N-channel FET, but it goes without saying that the same explanation can be given to the operation of the P-channel FET by simply converting the voltage sign.

第5図中FETゲート電圧が零のときFETのドレイン
・ソース間は導通ON状態であり、−B電圧のとき開放
QFF’状態になる。
In FIG. 5, when the FET gate voltage is zero, the drain and source of the FET are in a conductive ON state, and when the voltage is -B, the FET is in an open QFF' state.

さて、第5図帖波形は、FETのゲートに与える信号波
形の理想のスイッチング波形である。
Now, the waveform shown in Figure 5 is the ideal switching waveform of the signal waveform applied to the gate of the FET.

今、駆動用トランジスタQ3−Q4のエミッタ抵抗Ro
O値をFETQ5−Q6のゲート入力インピーダンスZ
、nより高い値のものとし供給電源正電圧子Bを加えな
いとゲート電圧波形は第5図帖波形となる。
Now, the emitter resistance Ro of driving transistors Q3-Q4
The O value is the gate input impedance Z of FETQ5-Q6
, n, and if the supply voltage positive voltage element B is not added, the gate voltage waveform will be the waveform shown in Figure 5.

■波形の立ち上り部分で矩形波とならないのは、入力側
の矩形波が駆動用トランジスタQ3−Q4の出力インピ
ーダンスとFETQ5.Q6のゲート容量Ciとが積分
回路を構成するために生ずる。
■The reason why the rising part of the waveform does not become a rectangular wave is because the rectangular wave on the input side is due to the output impedance of the driving transistors Q3-Q4 and the FET Q5. This occurs because the gate capacitance Ci of Q6 constitutes an integrating circuit.

この立ち上りを鋭くするには、エミッタ抵抗RGを下げ
、駆動用トランジスタQ3.Q4の出力インピーダンス
を下げる必要があるが、前述のように駆動電力が増すと
いう不都合が生じる。
To sharpen this rise, lower the emitter resistance RG and drive transistor Q3. Although it is necessary to lower the output impedance of Q4, the problem arises that the driving power increases as described above.

そこでゲート側駆動電圧を理想的な矩形波とするために
本考案は駆動用トランジスタのエミッタ側を正電位子B
とすることを特徴とする。
Therefore, in order to make the gate drive voltage an ideal rectangular wave, the present invention connects the emitter side of the drive transistor to the positive potential terminal B.
It is characterized by:

即ち駆動用トランジスタのエミッタ側電圧として正電圧
+Bを加えることにより第5図の■波形は0波形のよう
に正電正分だけ上昇する。
That is, by applying a positive voltage +B as the emitter side voltage of the driving transistor, the (2) waveform in FIG. 5 rises by the positive voltage, like the 0 waveform.

しかしFE’l’の特性から、ゲートソース間はダイオ
ード特性を持っており0波形の正電圧部分は、FETの
持つダイオード作用によりクリップされるので、実質的
には駆動波形として現われず、理想的な矩形波状となる
However, due to the characteristics of FE'l', it has diode characteristics between the gate and source, and the positive voltage part of the 0 waveform is clipped by the diode action of the FET, so it does not appear as a drive waveform, and is not ideal. It becomes a rectangular wave shape.

以上の謂明によりFETのゲート波形は、スイッチング
動作に最適な■波形になる。
As a result of the above explanation, the gate waveform of the FET becomes the waveform (2) that is optimal for the switching operation.

このときの駆動電力は、駆動用トランジスタQ3−Q4
のエミッタ抵抗RGO値とエミッタ側の正電圧子Bによ
り決るが、本考案の回路例では、供給電源負電圧−B=
−40V、正電圧子B=15V、周波数100kHz時
、RG=6.8にΩの条件で、計算では、駆動による電
力損失電力 であるが実測値は0.8wattであった。
The driving power at this time is the driving transistor Q3-Q4
It is determined by the emitter resistance RGO value and the positive voltage terminal B on the emitter side, but in the circuit example of the present invention, the negative voltage of the power supply - B =
-40V, positive voltage element B=15V, frequency 100kHz, RG=6.8 and Ω, the calculated power loss due to driving was 0.8 watts, but the actual value was 0.8 watts.

実測値と計算値との差は駆動用トランジスタQ3−Q4
の効率とFETQ5.Q6内のダイオード特性による消
費と考えられる。
The difference between the measured value and the calculated value is the drive transistor Q3-Q4.
Efficiency and FETQ5. It is thought that the consumption is due to the diode characteristics in Q6.

トランジスタQ1〜Q4からなる駆動回路での消費電力
は実測で4 wa ttであり、前述の第3図による従
来の回路では20wattであり、本考案による駆動回
路では従来方法による回路に比らべ115の駆動電力で
ある。
The power consumption in the drive circuit consisting of transistors Q1 to Q4 was actually measured to be 4 watts, and in the conventional circuit shown in FIG. is the driving power of

以上のごとく本考案は高周波FETスイッチング増幅器
においてパワーFETの特性を最大波に利用出来、FE
T負荷を正確な矩形波電圧でオン・オフ出来、かつ駆動
電力を少なく出来るFET駆動回路であり、駆動増幅回
路の小電力化が可能になり、使用トランジスタの小型化
、電源回路の小容量化に多大の効果があり、パワー増幅
器の低コスト化、性能向上の上で際立って改善されるも
のでその工業的な価値は極めて大きいものである。
As described above, the present invention can utilize the characteristics of the power FET for the maximum wave in a high frequency FET switching amplifier, and
It is a FET drive circuit that can turn on and off the T load with a precise square wave voltage and reduces drive power, making it possible to reduce the power of the drive amplifier circuit, reducing the size of the transistor used and the capacity of the power supply circuit. It has a great effect on power amplifiers and is a significant improvement in terms of cost reduction and performance improvement, and its industrial value is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は電力用接合型電界効果トランジスタの等価回路
図、第2図は電力用接合型電界効果トランジスタのブツ
シュ・プル回路の動作ラインを示す図、第3図は従来の
電力用接合型電界効果トランジスタをスイッチング素子
として用いたプッシュプル回路方式の増幅器を示す回路
図、第4図は第3図の電力用電界効果トランジスタ駆動
回路として本考案の一実施例による駆動回路を用いた第
3図と同様な図、第5図は第4図の電界効果トランジス
タQ5またはQ″6のゲート・ソース間電圧波形を説明
するための図である。 QlおよびQ2・・・・・・増幅段トランジスタ、Q3
およびQ4・・・・・・駆動用トランジスタ、Q5およ
びQ6・・・・・・電力用電界効果トランジスタ、十B
・・・・・・供給電源正電圧、−B・・・・・・供給電
源負電圧、RG・・・・・・エミッタ抵抗、T−1およ
びT−2・・・・・・変成器、RL・・・・・・負荷。
Figure 1 is an equivalent circuit diagram of a power junction field effect transistor, Figure 2 is a diagram showing the operating line of the bush-pull circuit of a power junction field effect transistor, and Figure 3 is a diagram of a conventional power junction field effect transistor. FIG. 4 is a circuit diagram showing a push-pull circuit amplifier using an effect transistor as a switching element, and FIG. 4 is a circuit diagram showing a drive circuit according to an embodiment of the present invention as a power field effect transistor drive circuit of FIG. 5 is a diagram for explaining the gate-source voltage waveform of the field effect transistor Q5 or Q''6 in FIG. 4. Ql and Q2...Amplification stage transistors, Q3
and Q4...drive transistor, Q5 and Q6...power field effect transistor, 10B
...Supply power supply positive voltage, -B...Supply power supply negative voltage, RG...Emitter resistance, T-1 and T-2...Transformer, RL...Load.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] ソース接地形の電力用接合型電界効果トランジスタをス
イッチング素子として用いた増幅器における前記電界効
果トランジスタの駆動回路であって、該駆動回路は供給
電源として正電圧および負電圧を有するとともに、入力
信号をベースに受ける増幅段トランジスタと、該増幅段
トランジスタのコレクタにベースを接続されたエミッタ
ホロワ形駆動用トランジスタとを有し、該駆動用トラン
ジスタのエミッタが前記電界効果トランジスタのゲート
に直結されるとともに、前記電界効果トランジスタがN
チャンネル形の場合には前記増幅段トランジスタのコレ
クタ及び前記駆動用トランジスタのコレクタが上記負電
圧に、前記増幅段トランジスタのエミッタ及び前記駆動
用トランジスタのエミッタが上記正電圧に接続され、逆
に前記電界効果トランジスタがPチャンネル形の場合に
は前記増幅段トランジスタのコレクタ及び前記駆動用ト
ランジスタのコレクタが上記正電圧に、前記増幅段トラ
ンジスタのエミッタ及び前記駆動用トランジスタのエミ
ッタが上記負電圧に接続されていることを特徴とする電
力用電界効果トランジスタ駆動回路。
A drive circuit for a field effect transistor in an amplifier using a grounded source power junction field effect transistor as a switching element, the drive circuit having a positive voltage and a negative voltage as a power supply, and having an input signal as a base. and an emitter-follower drive transistor whose base is connected to the collector of the amplification stage transistor, the emitter of the drive transistor being directly connected to the gate of the field effect transistor, and the emitter follower drive transistor receiving the field effect transistor. effect transistor is N
In the case of a channel type, the collector of the amplification stage transistor and the collector of the drive transistor are connected to the negative voltage, the emitter of the amplification stage transistor and the emitter of the drive transistor are connected to the positive voltage, and conversely, the collector of the amplification stage transistor and the drive transistor are connected to the positive voltage. When the effect transistor is a P-channel type, the collector of the amplification stage transistor and the collector of the drive transistor are connected to the positive voltage, and the emitter of the amplification stage transistor and the emitter of the drive transistor are connected to the negative voltage. A power field effect transistor drive circuit characterized by:
JP3326578U 1978-03-17 1978-03-17 Power field effect transistor drive circuit Expired JPS5824515Y2 (en)

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