KR0134964B1 - Amplifier circuit with an amplifier transistor - Google Patents
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Abstract
없음.none.
Description
제 1도는 FM수신기용 동조가능 전치단의 공지된 회로도.1 is a known circuit diagram of a tunable front end for an FM receiver.
제 2도는 제 1도의 회로의 중요 부분을 나타내는 도면.2 shows an important part of the circuit of FIG.
제 3도는 본 발명에 따른 스위칭 엘레멘트의 결합에 대한 임피던스 곡선을 나타내는 도면.3 shows an impedance curve for the coupling of switching elements according to the invention.
제 4도는 본 발명의 실시예를 나타내는 도면.4 shows an embodiment of the invention.
제 5도는 제 4도에 따른 회로의 변경을 나타내는 도면.5 shows a change in the circuit according to FIG.
제 6도는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면.6 shows another embodiment of the present invention.
제 7a도는 본 발명에 따른 회로도.Figure 7a is a circuit diagram according to the present invention.
제 7b도는 적당한 실시예를 나타내는 도면.7b illustrates a suitable embodiment.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1 : 바이폴라 트랜지스터1c :베이스 단자 1e1: bipolar transistor 1c: base terminal 1e
1e : 인덕턴스 1f : 캐패시터터1e: inductance 1f: capacitor
1g, 1i : 연결 와이어1h : 본딩 밴드드1g, 1i: connection wire 1h: bonding band
10, 10a : 캐패시터10b : 인덕턴스10, 10a: Capacitor 10b: Inductance
11 : 임피던스 곡선12 : 직렬 공진점11 Impedance Curve 12 Series Resonance Point
F : 동작 주파수 범위13 : 병렬 공진점F: Operating frequency range 13: Parallel resonance point
본 발명은 증폭기 트랜지스터를 갖는 증폭기 회로에 관한 것이다.The present invention relates to an amplifier circuit having an amplifier transistor.
FM수신기용 동조가능 전치단과 같은 신호 증폭기단은 종종 기생 자기발진(parasitic self-excitation)으로 곤란을 당한다. 이러한 기생 자기발진 주파수는 일반적으로 증폭기 회로의 동작 주파수의 수배이다. 기생 자기발진의 위험은 특히 매우 높은 차단 주파수를 갖는 트랜지스터가 증폭기 엘레멘트로 이용될 경우에 존재한다. 기생 발진이 발생할 위험은 증폭기 엘레멘트의 입력 및 출력측 연결방법, 증폭기 회로의 설계 및 사용되는 증폭기 엘레멘트에 의존한다.Signal amplifier stages, such as tunable pre- stages for FM receivers, often suffer from parasitic self-excitation. This parasitic self-oscillation frequency is generally several times the operating frequency of the amplifier circuit. The risk of parasitic self-oscillation exists especially when transistors with very high cutoff frequencies are used as amplifier elements. The risk of parasitic oscillation depends on the input and output side connections of the amplifier elements, the design of the amplifier circuit and the amplifier elements used.
상기 기생 자기발진의 위험을 감소시키는 공지된 방법은 저항기나 또는 저항기로 작용하는 페라이트 비드(bead)를 증폭기 엘레멘트의 피이드 라인, 예컨대 이미터, 베이스 또는 콜렉터 피이드 라인에 삽입하는 것이다. 그러나, 이 방법은 종종 동작 주파수에서 증폭기단의 작용을 저감시킨다. 예컨대, 저항기나 저항기로 작용하는 페라이트 비드가 증폭기 트랜지스터의 베이스나 이미터 피이드 라인에 삽입되는 경우 증폭기단의 잡음율이 증가된다.A known method of reducing the risk of parasitic self-oscillation is to insert a resistor or a ferrite bead acting as a resistor into the feed line of an amplifier element, such as an emitter, base or collector feed line. However, this method often reduces the action of the amplifier stage at the operating frequency. For example, when a ferrite bead that acts as a resistor or resistor is inserted into the base or emitter feed line of the amplifier transistor, the noise rate of the amplifier stage is increased.
제 1도는 바이폴라 트랜지스터(1), 입력 네트워크(2) 및 출력 네트워크(3)를 갖는 FM수신기용 동조가능 전치단의 공지된 회로를 나타낸다. 안테나 신호는 회로점(4)에서 입력 네트워크(2)에 수신된다. 증폭기단의 출력 신호는 회로점(5)에서 출력네트워크(3)로부터 캐패시터(6)를 통해 다음단, 예컨대 혼합기단으로 송신된다. 전원(9)으로부터의 증폭기단의 동작 전압은 회로점(8)으로 공급된다. 입력네트워크(2)는 이미터 단자(1a)를 통해 증폭기 트랜지스터(1)에 연결된다. 출력네트워크(3)는 콜렉터 단자(1b)와 베이스 단자(1c)에 연결된다. 캐패시터(1)는 베이스 단자(1c)와 기준 전위 사이에 제공되고, 베이스 단자를 동작 주파수에 대해 기준 전위로 스위치한다. 따라서, 트랜지스터(1)는 공통 베이스 회로의 싱호 주파수에 대해 작동한다.1 shows a known circuit of a tunable pre-end for an FM receiver having a bipolar transistor 1, an
입력네트워크(2)는 변압을 위하여 회로 코일(2b), 이중 버랙터(2c) 및 캐패시터(2d, 2e)로 구성되는 동조가능 선택 회로(2a)를 포함한다. 코일(2f)은 트랜지스터(1)로의 신호의 유도성 출력을 위한 것이다. 저항기(2g)는 트랜지스터(1)의 이미터 전류를 결정한다. 캐패시터(2h)는 신호 주파수에 대해 저항기(2g)를 브리지한다. 동조 네트워트(2)에 대한 동조 전압(2j)은 피이드 저항기(2i)를 통해 공급된다.The
출력네트워크(3)는 쵸크(3a)를 포함하고, 이것을 통해 동작 전압이 트랜지스터(1)에 공급된다. 저항기(3b, 3c)를 갖는 저항 분할기는 트랜지스터(1)의 베이스 전위를 셋팅하기 위해 사용된다. 트랜지스터(1)의 콜렉터는 캐패시터(3d)에 의해 회로 코일(3f), 이중 버랙터(3g) 및 캐패시터(3h, 3i 및 3j)로 이루어지는 동조가능 공진 회로(3e)에 연결된다. 동조 전압(3L)은 피이드 저항기(3K)를 통해 이중 버랙터(3g)의 회로점(3m)에 공급되고, 이중 버랙터(3g)의 애노드 단자의 동조 전위는 저항기(3n)을 통해 기준 전위에 연결된다. 출력네트워크(3)의 회로 형태는 회로 노드(5)에서의 출력신호 전압의 주파수 전송 능력이 동조 주파수에서 최대(최대 전송)를 갖는 한편, 동조 주파수 이상에서 최소전송을 갖는 폴(pole)이 발생하는 n회로를 나타낸다. 일반적으로 말해, 상기 회로는 최소 전송에 대한 폴이 영상 주파수에서 발생하도록 설계된다. 이러한 회로 형태의 몇가지 실시예에서는 캐패시터(30)가 부가적으로 회로 지점(1b)과 회로 지점(1c) 사이에 삽입된다. 이 캐패시터는 제 1도에서 점선으로 연결되어 있다.The output network 3 comprises a choke 3a through which an operating voltage is supplied to the transistor 1. Resistor dividers with resistors 3b and 3c are used to set the base potential of transistor 1. The collector of transistor 1 is connected by a
본 발명은 제 1도의 종래 회로에서 동작 주파수 범위를 초과하는 주파수 범위에서의 수개의 부가적 공진이 동작 주파수 범위에서 의도된 동조 공진과 아울러 발생하고, 어떤 상황에서는 기생 자기발진을 일으킨다는 사실을 근거로 한다. 보다 더 높은 주파수 범위에서, 상기 타입의 기생 공진은 일반적으로 증폭기 회로의 입력네트워크와 출력 네트워트 둘 다에서 발생한다. 이러한 기생공진은 증폭기 엘레멘트의 기생 성분을 포함하는 기생 캐패시턴스와 인덕턴스에 기인한다. 그러한 공진은 출력과 입력 네트워크간의 피할 수 없는 상호 연결과 관련하여 기생 공진을 발생하는 위험 요소이다.The present invention is based on the fact that, in the conventional circuit of FIG. 1, several additional resonances in the frequency range exceeding the operating frequency range occur together with the intended tuning resonance in the operating frequency range, and in some situations cause parasitic self-oscillation. Shall be. In the higher frequency range, parasitic resonances of this type generally occur in both the input network and the output network of the amplifier circuit. This parasitic resonance is due to the parasitic capacitance and inductance that include the parasitic components of the amplifier element. Such resonance is a risk factor that causes parasitic resonances in connection with the inevitable interconnection between the output and input networks.
소정 디자인 규칙(예컨대, PCB에 대한)에 일정하게 부합하며 표준 부품을 사용하는 경우에도, 위와 같은 증폭기 회로 구조는 기생 발진의 발생으로부터 충분히 안전하지 못하다는 것을 경험했다. 본 발명의 목적은 가능한 한 어떠한 기생 자기발진도 발생하지 않으면서 동시에 그러한 기생 자기발진을 억제하더라도 동작 주파수 범위에서 동작 능력이 손상되지 않는 조건에 부합되는 회로를 제공하는데 있다. 이러한 목적은 제 1 캐패시터가증폭기 트랜지스터의 제어 시스템과 직렬로 접속되며, 하나의 인덕턴스 및 제 2 캐패시터가 제공되고, 상기 제 2 캐패시터가 제 1 캐패시터 및 인덕턴스와 함께 병렬 공진회로를 형성하며, 상기 병렬 공진회로는 증폭기 트랜지스터의 제어 시스템과 직렬로 접속되도록 구성된, 증폭기 트랜지스터를 가진 증폭기 회로에 의해 달성되며, 상기 병렬 공진회로의 공진 주파수는 증폭기 회로의 동작 주파수 범위보다 높으며, 인덕턴스 및 제 2 캐패시터가 없을 때 증폭기 회로가 가질 수 있는 기생 자기발진 주파수와 동일하게 선택된다.Even when using standard components consistently meeting certain design rules (eg for PCBs), we have experienced that such an amplifier circuit structure is not sufficiently safe from the occurrence of parasitic oscillations. It is an object of the present invention to provide a circuit that meets the condition that the parasitic self oscillation does not occur as much as possible while at the same time suppressing such parasitic self oscillation does not impair operating capability in the operating frequency range. The object is that a first capacitor is connected in series with the control system of the amplifier transistor, one inductance and a second capacitor are provided, the second capacitor together with the first capacitor and the inductance to form a parallel resonant circuit, the parallel The resonant circuit is achieved by an amplifier circuit having an amplifier transistor, configured to be connected in series with the control system of the amplifier transistor, wherein the resonant frequency of the parallel resonant circuit is higher than the operating frequency range of the amplifier circuit, and is free of inductance and second capacitors. It is chosen to be equal to the parasitic self-oscillation frequency that the amplifier circuit may have.
본 발명이 실시예를 기초로 이하에서 설명된다.The invention is described below on the basis of examples.
제 2도는 본 발명에 따라 기생 자기발진의 발생과 동작 주파수 범위에서 동작 성능의 저감을 방지하기 위한 수단이 강구된 제 1도에 따른 회로의 중요 부분이다. 이것은 본 발명에 따라 기존의 캐패시터(10) 외에 상기 캐패시터(10)와 직렬로 인덕턴스(10b)가 연결되어 있다는 점에서 제 1도에 따른 회로와는 다르다. 베이스 단자(1c)와 기준 전위 사이에는 또다른 캐패시터(10a)가 연결된다. 인덕턴스(10b)는 분리된 부품으로 디자인 될 수 있거나, 피이드 라인의 인덕턴스 또는 캐패시터의 자기 인덕턴스로 형성될 수도 있다. 제 2a도는 피이드 라인 인덕턴스(10b', 10b)를 갖는 캐패시터(10a)의 등가회로를 나타낸다. 캐패시터(10a)의 캐패시턴스와 함께 인덕턴스(10b)는 병렬 공진 회로를 형성한다.FIG. 2 is an important part of the circuit according to FIG. 1 in which means for preventing the occurrence of parasitic self-oscillation and reduction of operating performance in the operating frequency range in accordance with the present invention are devised. This is different from the circuit according to FIG. 1 in that the inductance 10b is connected in series with the
본 발명에 따른 스위칭 엘레멘트(10, 10a 및 10b)의 결합에 대한 임피던스 곡선은 도 3에 도시된다. 상기 네트워크는 임피던스 곡선(11)으로 주파수 축(f)의 점(12)에서 직렬 공진 그리고 점(13)에서 병렬 공진을 나타낸다. 동작 주파수 범위(fs)는 직렬 공진(12)의 위 그리고 병렬 공진(13)의 아래에 있다. 이러한 배열에 기초하여, 실질적으로는 인덕턴스(10b)만이 동작 주파수 범위에서 유효함으로, 상기 인덕턴스의 값은 동작 주파수 범위의 견지에서, 예컨대 제 1도에 따른 회로의 캐패시터(30)와 관련하여 큰 범위로 자유롭게 선택될 수 있다. 인덕턴스(10b)와 캐패시터(30) 캐패시턴스의 조합을 이용함으로써 정의 피드백이 동작 주파수 범위에 대해 설정 가능하고, 이것은 예컨대 증폭기단의 증폭 성능에 유리한 결과를 가져온다. 아울러, 직렬 공진 주파수는 예컨대 전치단이 페루우프에 결합될 경우 회복 시간 동작과 관련하여 회로에서 일정한 특성을 얻기 위해 본 발명에 따라 자유롭게 선택될 수 있다.The impedance curve for the coupling of the
병렬 공진 주파수(13)는 공진 주파수 부근에서 본 발명에 따른 결합의 큰 임피던스 때문에 트랜지스터(1)의 베이스가 기준 전위로부터 분리되게 한다. 따라서, 시스템의 증폭은 상응하게 병렬 공진 주파수(13) 범위에서 감소된다. 병렬 공진 주파수(13)는 종래 회로가 발진하는 기생 발진 주파수와 크기가 같거나 또는 거의 같다면, 본 발명은 기생 자기발진을 방지하는 효과를 가지며, 기생 공진 주파수(13)가 일반적으로 동작 주파수의 수배이기 때문에, 본 발명은 사실상 증폭기 회로의 동작 주파수 동작에 영향을 미치지 않는다. 자기발진의 위험은 상기 주파수들에서만 존재한다는 것이 관찰되었는 바, 이 주파수들에서 병렬 공진은 동작시 동작 주파수 범위 이상에서 증폭기 엘레멘트의 출력(회로 노드 1b) 또는입력(회로 노드 1a)에서 발생한다. 본 발명의 이용은 기생 자기발진의 위험을 최소화하는데 유리하다. 이 경우에, 병렬 공진 주파수(13)는 바람직하게 본 발명에 따라 입력 또는 출력의 기생 공진 주파수 범위에서 선택된다. 또한, 기생발진을 일으킬 위험을 초래하는 기생 병렬 공진은 연구된 회로에서 동작 주파수보다 4∼7배만큼 더 높다.The parallel resonant frequency 13 causes the base of the transistor 1 to be separated from the reference potential due to the large impedance of the coupling according to the invention near the resonant frequency. Thus, the amplification of the system is correspondingly reduced in the range of parallel resonance frequency 13. If the parallel resonant frequency 13 is equal to or nearly equal to the parasitic oscillation frequency that the conventional circuit oscillates, the present invention has the effect of preventing parasitic self oscillation, and the parasitic resonant frequency 13 is generally of the operating frequency. In order to be multiplied, the invention virtually does not affect the operating frequency operation of the amplifier circuit. It has been observed that the risk of self-oscillation exists only at these frequencies, in which parallel resonance occurs at the output (
100MHz의 동작 주파수(fs)에 대해, FM전치단에 사용되는 본 발명에 따른 회로는 다음과 같이 디자인 될 수 있다. ;For an operating frequency fs of 100 MHz, the circuit according to the invention used for the FM pre-stage can be designed as follows. ;
기생 병렬 공진(13)Parasitic Parallel Resonance (13)
fp = 5·100MHz = 500MHz,fp = 5, 100 MHz = 500 MHz,
베이스 인덕턴스(10b) LB = 10nH,Base inductance (10b) LB = 10nH,
베이스 블록킹 캐패시턴스(10) CB = 10nF,Base blocking capacitance (10) CB = 10 nF,
상기 데이터를 기초로 우리는 다음을 얻었다 ;Based on the data we obtained:
병렬 캐패시턴스(10a) CP는 대략 10PF이고, 직렬 공진 주파수(12)fs는 15.9MHz이다.The
제 4도는 본 발명의 실시예를 나타낸다. 이것은 저항(10c)이 캐패시터(10a)에 직렬로 연결된다는 점에서 제 3도의 회로와 다르다. 이 저항(10c)은 병렬 공진(13)을 완화하는 효과를 갖는다. 이것은 병렬 공진 주파수(13) 이상의 주파수에서 캐패시터(10a)의 고유 직렬 공진이 캐패시터(10a)의 자기 인덕턴스(10d)로 인해 효력을 발휘함으로 인해 시스템이 그 주파수 범위에서 불안정한 경향이 있을 때 유리할 수 있다. 회로의 구성 요소들간의 연결이 인쇄 회로 방식인 실시에에서는 (1c)로부터 캐패시터(10)를 거쳐 기준 전위까지의 라인루트의 요구되는 인덕턴스를 적당한 도전 통로 디멘죤화로 설정하는 것이 바람직하다. 캐패시터(10, 10a)에 대한 SMD 부품을 이용하면 재생가능 상태가 상기 방법으로 성취된다.4 shows an embodiment of the present invention. This is different from the circuit of FIG. 3 in that the resistor 10c is connected in series to the
제 5도는 제 4도에 따른 회로의 변형이다. 제 5도에 따른 회로에서, 캐패시터(10)는 인덕턴스(10e)에 병렬로 연결된다. 이 경우에, 캐패시터(10)의 자기 인덕턴스는 병렬 공진 회로에 포함되지 않는다. 이 회로는 어떤 배치 상태에서는 바람직할 수 있다.5 is a variant of the circuit according to FIG. 4. In the circuit according to FIG. 5, the
제 6도는 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸다. 이것은 저항기(1d)가 트랜지스터(1)의 콜렉터 라인에 제공된다는 점에서 제 4도의 회로와 다르다. 이 저항기는 특히 병렬 공진 주파수(13)보다 훨씬 높은 주파수에 대해 기생 발진이 발생할 위험을 방지한다. 이 저항기의 영향은 동작 주파수보다 훨씬 높은 주파수에서 발생한다(그리고 필요로 된다)는 사실은 이 저항기의 값이 매우 낮게(예컨대, 10∼50Ω) 선택되게 한다. 이 결과는 상기 저항기의 영향은 동작 주파수 범위에서 무시할 정도로 작게 유지될 수 있다는 이점이 있다.6 shows another embodiment of the present invention. This is different from the circuit of FIG. 4 in that a resistor 1d is provided to the collector line of the transistor 1. This resistor prevents the risk of parasitic oscillation, especially for frequencies much higher than the parallel resonant frequency 13. The fact that the effect of this resistor occurs (and is needed) at frequencies much higher than the operating frequency causes the value of this resistor to be chosen very low (e.g. 10-50 ohms). This result has the advantage that the effect of the resistor can be kept negligibly small over the operating frequency range.
제 7a도는 본 발명에 따른 회로로서, 이 회로에서 병렬 공진(13)은 트랜지스터(1)의 베이스 피드에 인덕턴스(1e)와 캐패시턴스(1f)로 구성되는 병렬 공진 회로에 의해 발생된다. 엘레멘트(1e, 1f)와 저항기(1d)는 예컨대 트랜지스터(1)와 집적될 수 있다.7A is a circuit according to the present invention, in which the parallel resonance 13 is generated by a parallel resonance circuit composed of an inductance 1e and a capacitance 1f in the base feed of the transistor 1. The elements 1e and 1f and the resistor 1d may be integrated with the transistor 1, for example.
적당한 실시예가 제 7b도에 도시되어 있다. 트랜지스터(1), 캐패시터(1f) 및 저항기(1d)는 기판 엘레멘트(s)에 모놀리식으로 집적된다. 구성 요소들은 기상 증착된 도전 통로에 의해 연결되고, 인덕턴스(1e)는 트랜지스터 베이스 단자(1c')로부터 본딩 패드와 연결 와이어(1g)를 거쳐 트랜지스터 연결 단자(1c)로의 나선 도전 통로에 의해 형성된다. 캐패시터(1f)는 한 단자에 의해 내부 베이스 단자(1c')에 연결되고, 다른 단자에 의해 본딩 패드(1h)와 연결 와이어(1i)를 거쳐 트랜지스터 단자(1c)에 연결된다. 병렬 공진 주파수(13)는 제 7b도에 따른 배열에서 캐패시터(1f)의 캐패시턴스와 관련해 엘레멘트(1e, 1g 및 1i)의 인덕턴스 합에 의해 결정되기 때문에, 공진 주파수는 연결 와이어(1g, 1i)의 길이 및 직경에 의해 영향을 받을 수 있다. 제 7b도에 따른 배열에서, 필요하다면 연결(1i)을 형성하지 않음으로써 집적된 병렬 공진 회로를 스위치 오프할 수도 있다.A suitable embodiment is shown in FIG. 7B. The transistor 1, the capacitor 1f and the resistor 1d are monolithically integrated in the substrate element s. The components are connected by vapor deposited conductive passages, and the inductance 1e is formed by the spiral conductive passage from the transistor base terminal 1c 'to the transistor connection terminal 1c via the bonding pad and the connection wire 1g. . The capacitor 1f is connected to the internal base terminal 1c 'by one terminal and to the transistor terminal 1c via the bonding pad 1h and the connection wire 1i by the other terminal. Since the parallel resonant frequency 13 is determined by the inductance sum of the elements 1e, 1g and 1i with respect to the capacitance of the capacitor 1f in the arrangement according to FIG. 7b, the resonant frequency is determined by the connection wires 1g and 1i. Can be affected by length and diameter. In the arrangement according to FIG. 7b, it is also possible to switch off the integrated parallel resonant circuit by not forming a connection 1i if necessary.
본 발명의 또다른 실시예에서, 제 4도에 따른 실시예에서와 같이 제 4도에 도시된 저항기(10c)를 집적된 캐패시터(1f)와 직렬로 동일한 방법으로 집적할 수도 있다.In another embodiment of the invention, as in the embodiment according to FIG. 4, the resistor 10c shown in FIG. 4 may be integrated in the same way in series with the integrated capacitor 1f.
본 발명은 증폭기 회로에 동일한 방법으로 적용될 수 있는 바, 전계 효과 트랜지스터가 바이폴라 트랜지스터 대신 증폭기 요소로 이용된다. 이 경우에, 전계효과 트랜지스터의 게이트 소오스 및 드레인 연결은바이폴라 트랜지스터의 베이스, 이미터 및 콜렉터 연결에 해당한다.The present invention can be applied to the amplifier circuit in the same way, where a field effect transistor is used as the amplifier element instead of the bipolar transistor. In this case, the gate source and drain connections of the field effect transistor correspond to the base, emitter and collector connections of the bipolar transistor.
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