KR0160011B1 - 가변 이득 증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 이득 증폭기에 관한 것으로서, 입력이 특정 전압으로 될 때 제1조절 전압에 의해 최소 이득과 최대 이득 사이의 이득 조절 범위 내에서 출력되는 전압의 이득을 조절하는 증폭부와, 상기 증폭부의 이득을 제2조절 전압에 의해 재차 조절하여 상기 증폭부의 최대 이득을 변화시키지 않으면서 최소 이득을 더 작게하므로써 전체 이득 조절 범위를 넓게함과 동시에 출력 정합 특성을 향상시켜 출력단을 안정화시키는 귀환부를 포함한다. 따라서, 증폭부에서 조절된 이득을 귀환부에서 재차 조절하여 이득 조절 범위를 크게함과 동시에 출력을 정화시켜 출력단을 안정화시킬 수 있다.

Description

가변 이득 증폭기

본 발명은 가변 이득 증폭기에 관한 것으로써, 특히 출력단으로부터의 귀환량을 조절을 통해 출력측의 이득 조절 범위를 향상시키는데 적합한 가변 이득 증폭기에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 가변 이득 증폭기를 구현할 수 있는 여러 가지 방법중 현재 상용화되어 있는 제품들에 많이 적용되는 방법으로는 2단 이상의 증폭기를 구성한 다음 각 단 사이의 정합 수단으로 PIN 다이오드를 적용하는 방법이 있다.

일반적으로, PIN 다이오드는 바이어스 전압에 따른 실효 임피던스의 변동폭이 매우 크므로 이러한 특성을 이용하면 각 단 사이의 정합 상태를 조절하여 전체 이득을 변화시킬 수 있다. 이러한 방식의 가변 이득 증폭기는 3단 구성으로 30-40dB 정도의 이득 조절 범위를 얻을 수 있으며, 4단 이상의 구성으로 더 큰 이득 조절 범위를 얻을 수도 있다.

그러나, 상기한 바와 같이, PIN 다이오드를 사용하는데 종래 방식의 가변 이득 증폭기는 소정 이득 조절 범위를 얻기 위해 다단으로 구성해야 하기 때문에 필요로 하는 소자의 수가 증가하여 전체 회로가 복잡해질 뿐만 아니라 사용되는 소자의 수에 비해 이득 조절 범위의 증가가 작다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 출력의 일부를 입력측으로 귀환시키는 전압 조절단을 갖는 궤환 증폭 수단을 통해 증폭기의 이득 조절 범위를 향상시킬 수 있는 가변 이득 증폭기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의, 입력단으로부터 제공되는 특정 전압을 기설정된 소정의 이득 조절 범위내에서 가변적으로 조절함으로써 이득 조절된 출력 전압을 출력단에 발생하는 가변 이득 증폭기에 있어서, 상기 가변 이득 증폭기는; 두 개의 제1 및 제2트랜지스터로 된 캐스코드 형태로 구성되며, 외부로부터 상기 제2트랜지스터의 게이트에 인가되는 기설정된 범위의 제1조절 전압에 의거하여, 상기 입력단을 통해 제공되는 상기 특정 전압을 상기 기설정된 이득 조절 범위내 최소 이득과 최대 이득 사이의 이득을 갖는 전압으로 조절하여 이득 조절된 출력 전압을 상기 출력단에 제공하는 캐스코드 증폭부; 및 외부로부터 제공되는 기설정된 범위의 제2조절 전압에 따라 저항값을 가변시키며, 이 가변 저항값에 의거하여 상기 증폭부로부터 제공되는 상기 이득 조절된 출력 전압의 이득을 재조절하고, 이득 재조절된 전압을 상기 증폭부의 입력측으로 귀환시켜 상기 최소 이득을 소정값만큼 감소시킴으로써 상기 증폭부가 상기 기설정된 이득 조절 범위보다 상기 감소된 소정값만큼 적어도 큰 조절 범위를 갖는 갱신 이득 조절 범위를 갖도록 유도하며, 상기 증폭기의 출력을 증폭시켜 상기 출력단의 안정화시키는 귀환부를 포함하며, 상기 증폭부는, 상기 입력 특정 전압을 상기 갱신 이득 조절 범위내의 이득을 갖는 전압으로 가변시켜 상기 이득 조절된 출력 전압을 발생하는 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭기를 제공한다.

도면은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 이득 증폭기의 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 증폭부 15 : 제1조절 전압단

20 : 귀환부 25 : 제2조절 전압단

F1,F2,F3 : MESFET R : 저항

C : 캐패시터 IP : 입력단

OP : 출력단

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도면은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 이득 증폭기의 회로도로서, 증폭부(10) 및 귀환부(20)를 포함한다.

도면을 참조하면, 증폭부(10)는 두 개의 MSESFET(F1,F2)를 포함하는 캐스코드(cascode) 증폭기로 구성되며, 이러한 캐스코드 증폭기는, 잘 알려진 바와 같이, 다소 나쁜 입출력 정합 특성을 갖는 반면에 매우 우수한 이득 조절 특성을 갖는다는 장점을 갖는다.

이때, 증폭부(10)내의 MSESFET(F1)는 게이트가 입력단(IP)에 접속되고 드레인이 MSESFET(F2)의 소오스와 공통으로 접속되며 소오스는 접지된다. 또한, MS ESFET(F2)는 게이트가 제1조절 전압단(15)과 접속되고 소오스가 MSESFET(F1)의 드레인과 공통으로 접속되며 드레인이 출력단(OP)에 접속된다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 증폭부(10)에서 입력단(IP)을 통해 MSESFET(F1)의 게이트에 입력되는 전압(Vi)이 특정 전압으로 유지된다고 가정할 때, 제1조절 전압단(15)에 인가되는 제1조절 전압(Vc1)이 변동되면 MSESFET(F1)의 드레인 전압이 변화되어 결과적으로 트랜스 컨덕턴스(transconductance)가 변하게 된다.

따라서, 증폭부(10)에서는 제1조절 전압(Vc1)의 변화에 의해 출력단(OP)을 통해 출력되는 전압(Vo)의 이득 특성을 조절한다. 즉, 제1조절 전압(Vc1)이 기설정된 값의 최대가 되면 증폭부(10)의 이득은 기설정된 값의 최소가 되고, 제1조절 전압(Vc1)이 기설정된 값의 최소가 되면 증폭부(10)의 이득은 기설정된 값의 최대가 된다. 여기에서, 최소 이득과 최대 이득의 차는 증폭부(10)의 이득을 조절할 수 있는 이득 조절 범위가 된다.

한편, 귀환부(20)는 MSESFET(F3), 저항(R) 및 캐패시터(C)를 포함하는 데, MSESFET(F3)의 게이트는 제2조절 전압단(25)에 접속되고 드레인은 저항(R)의 일측에 접속되며 소오스는 캐패시터(C)의 일측에 접속된다. 또한, 캐패시터(C)의 타측은 MSESFET(F2)의 드레인과 출력단(OP)에 공통으로 접속되고, 저항(R)의 타측은 입력단(IP) 및 MSESFET(F1)의 게이트에 공통으로 접속된다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 귀환부(20)에서 MSESFET(F3)는 제2조절전압단(25)에 인가되는 제2조절 전압(Vc2)의 변동에 따라 트랜스 컨덕턴스가 변화되므로 일종의 가변 저항으로써 기능한다.

따라서, MSESFET(F3)는 게이트에 인가되는 제2조절 전압(Vc2)이 변화됨에 따라 가변 저항값이 변화되므로써 증폭부(10)의 부귀환량을 변화시키며, 그 결과 증폭부(10)에서 조절된 이득이 재차 조절된다.

즉, 제2조절 전압(Vc2)이 상대적으로 클 때 MSESFET(F3)에 의한 가변 저항값이 상대적으로 작게 되어 부귀환량이 증가하게 되므로 증폭부(10)의 이득은 작아지게 된다. 이와는 반대로, 제2조절 전압(Vc2)이 상대적으로 작을 때 MSESFET(F3)에 의한 가변 저항값이 상대적으로 커지게 되어 부귀환량이 감소하게 되므로 증폭부(10)의 이득은 거의 변화하지 않게 된다.

일예로서, 제2조절 전압(Vc2)이 0V의 전압이라고 가정하면, 가변 저항값이 커지므로 부귀환량이 거의 없게 되어 증폭부(10)의 이득은 변화하지 않게 될 것이다.

따라서, 본 발명에서는 귀환부(20)에 인가되는 제2조절 전압(Vc2)에 의해 증폭부(10)의 최대 이득은 변화시키지 않으면서 최소 이득을 보다 작게 함으로써 증폭부(10)의 이득 조절 범위를 보다 넓게 확보할 수 있다.

환편, 귀환부(20)내에 구비된 저항(R)과 캐패시터(C)는, 캐스코드 증폭기의 단점인 저조한 입출력 정합 특성을 개선하기 위한 것으로, 증폭부(10)의 출력을 정합시켜 출력단(OP)을 안정화시키는 기능을 수행한다.

상술한 바와 같은 가변 이득 증폭기는 입력단(IP)을 통해 MSESFET(F1)의 게이트에 입력되는 전압(Vi)이 특정 전압으로 유지된다고 가정할 때, MSESFET(F2)의 게이트에 인가되는 제1조절 전압(Vc1)의 변동에 의해 MSESFET(F1)의 드레인 전압을 변화시킴으로써, 출력단(OP)을 통해 출력되는 전압(Vo)의 이득 특성의 조절한다.

즉, 제1조절 전압(Vc1)이 최소값이 되면 MSESFET(F1)의 드레인 전압 또한 최소가 되므로 증폭부(10)의 이득은 최대가 되고, 이와 반대로 제1조절 전압(Vc1)이 최대값이 되면 MSESFET(F1)의 드레인 전압 또한 최대가 되므로 증폭부(10)의 이득은 최소가 된다. 여기에서, 증폭부(10)의 최대 이익과 최소 이득의 차이는 증폭부(10)에 의해 조절 가능한 이득 조절 범위이며, 이때의 이득 조절 범위는 예를 들면 대략 30dB 정도가 된다.

한편, 증폭부(10)에서 이득 조절된 출력은 제2조절 전압단(25)을 갖는 귀환부(20)를 통해 재차 변환된다. 즉, 가변 저항으로 이용되는 MSESFET(F3)의 게이트에 인가되는 제2조절 전압단(25)의 변동에 의해 가변 저항값이 변하게 되므로써 이득 조절된 증폭부(10)의 출력은 재차 변화된다.

따라서, 증폭부(10)의 이득이 최소일 때 MSESFET(F3)의 게이트에 인가되는 제2조절 전압(Vc2)이 최대가 되면 가변 저항값이 최소가 되어 부귀환량이 증가하게 되므로, 증폭부(10)의 최소 이득은 대략 10dB 이상 작은 값으로 감소하게 된다. 그러나, 증폭부(10)의 이득이 최대일 때 MSESFET(F3)의 게이트에 인가되는 제2조절 전압(Vc2)이 최소가 되면 가변 저항값이 최대가 되어 부귀환량이 감소하게 되므로, 증폭부(10)의 최대 이득은 실질적으로 큰 차이가 없다.

결과적으로, 귀환부(20)가 증폭부(10)에서 출력되는 조절된 최대 이익을 증가시키지 않으면서도 최소 이득만을 대략 10dB 정도 작게 감소시켜 전체 이득 조절 범위를 10dB 정도 넓게 함으로써, 가변 이득 증폭기의 전체 이득 조절 범위는 대략 40dB 정도로 넓어지게 된다.

또한, 귀환부(20)내에 저항(R)과 캐패시터(C)를 구비하여 캐스코드 증폭기의 단점인 좋지 못한 입출력 정합 특성을 개선, 즉 증폭부(10)의 출력을 정합시켜 출력단(OP)을 안정화시킴으로써, 캐스코드 증폭기에 수반되는 저조한 입출력 정합 특성을 효과적으로 억제할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 가변 이득 증폭기는, 종래 방법에서와 같은 복잡한 회로 구성없이도, 증폭부에서 출력되는 조절된 이득을 귀환부에서 재차 조절하는 간단한 회로 구성을 통해 증폭기의 실질적인 이득 조절 범위를 크게 할 수 있고, 또한 귀환부내 저항과 캐패시터를 통해 증폭부의 출력을 정합시키므로써 증폭기의 출력단을 안정화시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에서는 특정 실시예를 중심으로하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술 사상 및 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 변형 실시할 수 있다.

즉, 본 발명의 가변 이득 증폭기는 전술한 실시예에서와 1단으로 구성하지 않고 2단 또는 그 이상으로 구성할 수도 있으며, 이 경우 전술한 종래 방법에 따른 2단 또는 그 이상의 구성에 비해 상대적으로 훨씬 더 큰 가변 이득 범위를 얻을 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 입력단으로부터 제공되는 특정 전압을 기설정된 소정의 이득 조절 범위내에서 가변적으로 조절함으로써 이득 조절된 출력 전압을 출력단에 발생하는 가변 이득 증폭기에 있어서, 상기 가변 이득 증폭기는; 두 개의 제1 및 제2트랜지스터로 된 캐스코드 형태로 구성되며, 외부로부터 상기 제2트랜지스터의 게이트에 인가되는 기설정된 범위의 제1조절 전압에 의거하여, 상기 입력단을 통해 제공되는 상기 특정 전압을 상기 기설정된 이득 조절 범위내 최소 이득과 최대 이득 사이의 이득을 갖는 전압으로 조절하여 이득 조절된 출력 전압을 상기 출력단에 제공하는 캐스코드 증폭부; 및 외부로부터 제공되는 기설정된 범위의 제2조절 전압에 따라 저항값을 가변시키며, 이 가변 저항값에 의거하여 상기 증폭부로부터 제공되는 상기 이득 조절된 출력 전압의 이득을 재조절하고, 이득 재조절된 전압을 상기 증폭부의 입력측으로 귀환시켜 상기 최소 이득을 소정값만큼 감소시킴으로써 상기 증폭부가 상기 기설정된 이득 조절 범위보다 상기 감소된 소정값만큼 적어도 큰 조절 범위를 갖는 갱신 이득 조절 범위를 갖도록 유도하며, 상기 증폭기의 출력을 증폭시켜 상기 출력단의 안정화시키는 귀환부를 포함하며, 상기 증폭부는, 상기 입력 특정 전압을 상기 갱신 이득 조절 범위내의 이득을 갖는 전압으로 가변시켜 상기 이득 조절된 출력 전압을 발생하는 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭기.
2. 제1항에 있어서, 상기 귀환부는, 게이트가 상기 제2조절 전압의 압력에 접속되고 소오스가 상기 출력단에 접속되며 드레인이 상기 입력단에 접속된 제3트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭기.
3. 제2항에 있어서, 상기 제3트랜지스터는, MSESFET인 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭기.
4. 제2항에 있어서, 상기 귀환부는, 상기 입력단과 상기 제3트랜지스터의 드레인 사이에 접속된 저항 및 상기 출력단과 상기 제3트랜지스터의 소오스 사이에 접속된 캐패시터를 통해 상기 출력단을 안정화시키는 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭기.