KR100315470B1 - 하이브리드증폭기에서온도변화에의한입출력임피던스보상회로 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

모든 시스템에 적용되는 증폭회로에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

증폭회로에서 온도변화에 따른 입출력 임피던스 보상회로를 제공한다.

다. 발명의 해결방법의 요지

본 발명에 따른 임피던스 보상회로는 하이브리드 증폭회로의 입출력 임피던스 보상회로로서, 증폭회로의 입력측에 전류의 변화에 따라 정전용량이 변화하는 소자를 연결하고, 증폭회로의 출력측에 전류의 변화에 따라 정전용량이 변화하는 소자를 연결하며, 온도의 변화에 따라 전압값이 변화하는 소자를 증폭회로의 입력측에 연결하고, 두 온도변화 소자에 과전류 방지를 위한 저항을 각각 연결하여 접지하며, 두 과전류 방지 저항에 정전압을 인가하기 위한 전압발생부를 연결하고, 전압발생부로부터 인가되는 전압을 평탄화하기 위해 두 과전류 방지 저항과 병렬로 캐패시터를 연결된다.

라. 발명의 중요한 용도

증폭기회로를 사용하는 모든 장치 및 시스템에 사용된다.

Description

하이브리드 증폭기에서 온도변화에 의한 입출력임피던스 보상회로

본 발명은 증폭기를 사용하는 모든 시스템의 증폭회로에 관한 것으로, 특히 하이브리드 증폭기를 사용하는 시스템에서 온도변화에 따른 입출력 임피던스의 변화를 보상하는 회로에 관한 것이다.

일반적으로 전자 시스템에서는 증폭회로를 사용하여 입력된 신호를 원하는 전력으로 증폭하여 상기 시스템 내부에서 사용하거나 외부로 출력하게 된다. 상기 증폭회로를 사용하는 대표적인 시스템으로 무선 시스템을 들수 있다. 상기 무선 시스템에서 사용되는 증폭회로는 중간 주파수를 증폭하기 위한 중간주파 증폭회로와, 입출력 신호를 증폭하는 라디오 신호 증폭회로 및 로컬 버퍼의 신호를 증폭하기 위한 증폭회로등이 있다. 이러한 증폭회로는 주변의 온도변화 또는 회로 동작에 의한 열에 의해 온도가 변화하면 증폭기의 증폭도 및 증폭회로의 입출력 임피던스가 변화하게 된다. 바이폴라 트랜지스터를 이용한 보편적인 증폭기를 예로 설명하면 하기와 같다.

도 1은 바이폴라 트랜지스터의 온도변화에 따른 증폭도를 도시한 도면이다. 상기 도 1의 점선은 상기 바이폴라 트랜지스터의 V_ce전압이 10V인 경우를 도시하였으며, 실선은 상기 바이폴라 트랜지스터의 V_ce전압이 1V인 경우를 도시하였다. 또한 a1 및 a2의 라인은 -55℃의 온도에서 증폭도를 도시하였으며, b1 및 b2라인은 25℃의 온도에서 증폭도를 도시하였으며, c1 및 c2의 라인은 175℃의 온도에서 증폭도를 도시하였다. 상기 도 1에 도시한 바와같이 상기 바이폴라 트랜지스터는 온도에 따라 증폭도가 변화하게 된다.

한편 온도의 변화에 따라 증폭회로들은 입력 임피던스 또는 출력 임피던스가 변화하게 된다. 이를 주파수 측면에서 보면 설계시의 중심주파수보다 온도에 따라 상승 또는 하강을 초래하게된다. 도 2a는 바이폴라 트랜지스터를 사용한 증폭기에서 입력 임피던스에 따른 중심주파수를 도시한 도면이다.

상기 도 2a에 도시한 a3라인은 -30℃에서의 입력 임피던스 변화 곡선이며, b3라인은 25℃에서의 입력 임피던스 변화곡선이고, c3라인은 80℃에서 입력 임피던스 변화곡선이다. 상기 도 2a에 α1은 -30℃에서의 중심주파수이고, β1은 25℃에서의 중심주파수이며, γ1은 80℃에서의 중심주파수이다. 또한 도 2b에 도시한 a4라인은 -30℃에서 출력 임피던스 변화곡선이며, b4라인은 25℃에서 출력 임피던스 변화곡선이고, c4라인은 80℃에서 출력 임피던스 곡선의 라인이다. 상기 도 2b에 α2는 -30℃에서 출력임피던스에 따른 중심주파수이며, β2는 25℃에서 출력임피던스를 도시하였으며, γ2는 80℃에서 출력임피던스에 따른 중심주파수이다. 마지막으로 도 2c에 도시한 a5라인은 -30℃에서 입출력 임피던스에 따른 중심 주파수(α5)와 평탄도의 곡선이며, b5라인은 25℃에서 입출력 임피던스에 따른 중심주파수(β5)와 평탄도이고, c5라인은 80℃에서 입출력 임피던스(γ5)에 따른 중심주파수와 평탄도를 도시하였다.

상기 도 2a,b,c에 도시한 바와 같이 온도의 변화에 따른 입출력 임피던스의 변화는 중심주파수의 이동을 가져오므로 증폭회로를 사용하는 시스템에 증폭회로가 직렬로 연속하여 연결된 경우 최종적으로 출력되는 값은 많은 변화를 가져와 원하지 않는 신호를 출력하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 하이브리드 증폭회로에서 온도변화에 따른 입출력 임피던스를 보상하는 회로를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하이브리드 증폭회로의 입출력 임피던스 보상회로로서, 상기 증폭회로의 입력측에 전류의 변화에 따라 정전용량이 변화하는 소자를 연결하고, 상기 증폭회로의 출력측에 전류의 변화에 따라 정전용량이 변화하는 소자를 연결하며, 온도의 변화에 따라 전압값이 변화하는 소자를 상기 증폭회로의 입력측에 연결하고, 상기 두 온도변화 소자에 과전류 방지를 위한 저항을 각각 연결하여 접지하며, 상기 두 과전류 방지 저항에 정전압을 인가하기 위한 전압발생부를 연결하고, 상기 전압발생부로부터 인가되는 전압을 평탄화하기 위해 상기 두 과전류 방지 저항과 병렬로 캐패시터를 연결하여 이루어진다.

도 1은 바이폴라 트랜지스터의 온도변화에 따른 증폭도를 도시한 도면.

도 2a, 도 2b, 도 2c는 온도변화에 따라 입출력 임피던스 및 중심주파수의 변화를 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입출력 임피던스 보상회로가 적용된 증폭회로도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 입출력 임피던스 보상회로가 적용된 증폭회로도이다.

먼저 도 3의 구성을 설명한다. 신호가 입력되는 입력단 V_in은 제1캐패시터 C1과 연결되어 제1코일 L1 및 제2캐패시터 C2를 통해 접지한다. 상기 제1캐패시터 C1과 상기 제1코일 L1의 접점은 제3캐패시터 C3를 통해 바이폴라 트랜지스터 Q1의 베이스단에 연결한다. 상기 바이폴라 트랜지스터 Q1의 에미터단은 접지하며, 콜렉터단은 제7캐패시터 C7을 통해 출력단 V_out단에 연결한다. 또한 외부전원 Vcc단은 제1저항 R1에 연결하며, 상기 제1저항 R1은 제2코일 L2를 통해 상기 트랜지스터 Q1의 콜렉터단에 연결한다. 상기 제1저항 R1과 상기 제2코일 L2의 접점과 상기 제1캐패시터 C1과 상기 제1코일 L1의 접점 사이에 제2저항 R2를 연결하며, 상기 제1저항 R1과 상기 제2코일 L2의 접점과 상기 트랜지스터 Q1의 베이스단 사이에 제4저항 R4를 연결한다. 상기 트랜지스터 Q1의 베이스단은 제5저항 R5를 통해 접지되며, 또한 제6저항 R6과 제5캐패시터 C5를 통해 상기 트랜지스터 Q1의 콜렉터단에 연결한다.

상기의 구성에서 본 발명에 따른 입출력 임피던스 보상을 위한 회로 100의구성을 살펴보면 하기와 같다. 먼저 입력측을 보면 상기 제1캐패시터 C1과 상기 제3캐패시터 C3의 접점에 바렉터 다이오드 VD1의 에노드를 연결하고, 상기 바렉터 다이오드 VD1의 캐소드는 제3저항 R3를 통해 접지하며, 상기 바렉터 다이오드 VD1의 캐소드에 제4캐패시터 C4를 연결하여 접지한다. 또한 출력측을 보면 상기 트랜지스터 Q1의 콜렉터단에 제2바렉터 다이오드 VD2의 에노드를 연결하며, 캐소드에 제7저항 R1을 통해 접지하며, 제2바렉터 다이오드 VD2의 캐소드에 제6캐패시터 C6을 연결하여 접지한다. 그리고 상기 제1바렉터 다이오드 VD1의 캐소드에 전압 발생부 20의 제2단을 연결하고, 상기 제2바렉터 다이오드 VD2의 캐소드에 전압 발생부 20의 제3단을 연결한다. 또한 상기 트랜지스터 Q1의 베이스단에 온도 검출부 10을 연결하고, 상기 온도 검출부 10의 다른 한측은 상기 전압 발생부 20의 제1단에 연결한다.

다음으로 상기 증폭회로의 동작 및 임피던스 보상에 대해 살펴본다. 상기 하이브리드 증폭기는 온도에 따라 이득이 직선적으로 증가하거나 또는 직선적으로 하강하게 된다. 따라서 하이브리드 증폭기를 설계할 경우 높은 온도에서 설계를 하거나 낮은 온도에서 설계를 행하게 된다. 상기 구성된 증폭기의 직류 동작을 보면 상기 외부전원 Vcc에 의해 인가되는 전압은 상기 제1저항 R1, 상기 제4저항 R4 및 상기 제5저항 R5에 의해 전압이 분배된다. 따라서 상기 제5저항 R5의 양단전압이 상기 트랜지스터 Q1의 베이스단에 인가되어 상기 트랜지스터 Q1을 활성화시킨다. 또한 상기 저항 R2로 유입된 전류는 상기 제1바렉터 다이오드 VD1 및 상기 제3저항 R3를 통해 전류패스를 형성한다. 또한 상기 제3저항은 상기 제1바렉터 다이오드VD1으로 과전류의 유입을 방지하기 위한 값으로 설정한다.

다음으로 교류 동작을 보면, 먼저 입력측에서 상기 입력단 Vcc에 연결된 제1캐패시터 C1은 입력신호를 커플링하며, 상기 캐패시터 C1과, 상기 제1코일 L1과, 상기 제3캐패시터 C3 및 상기 캐2캐패시터 C2과 본 발명에 따른 제1바렉터 다이오드 VD1의 캐패시턴스에 의해 입력 임피턴스 매칭이 이루어진다. 한편 출력측의 임피던스 매칭은 상기 제7캐패시터 C7과 상기 제2바렉터 다이오드 VD2와 상기 제2코일 L2를 통해 출력 임피던스 매칭이 이루어진다.

또한 상기 제4캐패시터 C4는 상기 전압 발생부 20으로부터 인가되어 전류를 저장하고, 상기 저장된 전류에 의해 상기 제3저항의 양단에 일정한 전압을 인가한다. 상기 제6캐패시터 C6 또한 상기 제7저항 R7에 정전압을 인가한다.

한편 상기 온도 검출부 10은 부온도 계수를 갖는 서미스터와 같은 소자등으로 구성할 수 있으며, 상기 온도 검출부 10은 온도의 변화를 전압의 형태로 변환한다. 따라서 상기 제1바렉터 다이오드 VD1의 양단 전압은 상기 온도 검출부 10의 양단 전압에 의해 변화되며, 상기 바렉터 다이오드 VD1의 양단전압의 변화는 전류량의 변화로 나타난다. 따라서 상기 제1바렉터 다이오드 VD1을 통해 흐르는 전류의 량의 변화는 바렉터 다이오드 VD1의 고유 특성에 따라 캐패시턴스가 변화한다. 상기 캐패시턴스의 변화를 통해 상기 입력측의 온도 변화에 따른 입력 임피던스를 보상할 수 있다.

또한 출력측을 보면, 상기 온도 변화에 따라 상기 트랜지스터 Q1의 증폭도가 변화하게 된다. 따라서 상기 변화된 증폭도에 따라 상기 제2코일 L2를 경유하여 상기 제2바렉터 다이오드 및 제3저항으로 흐르는 전류의 량이 변화하게 된다. 상기 바렉터 다이오드 VD2로 유입되는 전류량의 변화는 상기 제2바렉터 다이오드 VD2의 캐패시턴스를 변화시킨다. 따라서 상기 바렉터 다이오드 VD2의 캐패시턴스 변화를 통해 온도 변화에 따른 출력측 임피던스를 보상할 수 있다.

상술한 바와 같이 하이브리드 증폭회로를 사용하는 시스템에서 온도변화에 따라 입출력 임피던스를 보상하도록 함으로써 온도의 변화와 관계없이 안정된 입출력 임피던스를 갖는 하이브리드 증폭회로를 구성할 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 하이브리드 증폭회로의 입출력 임피던스 보상회로에 있어서,

   상기 증폭회로의 입력측에 전류의 변화에 따라 정전용량이 변화하는 소자를 연결하고,

   상기 증폭회로의 출력측에 전류의 변화에 따라 정전용량이 변화하는 소자를 연결하며,

   오도의 변화에 따라 전압값이 변화하는 소자를 상기 증폭회로의 입력측에 연결하여 온도 변화에 따른 입출력 임피던스를 보상하며,

   상기 정전용량 변화 소자와 접지 사이에 과전류 방지를 위한 저항을 연결함을 특징으로 하는 하이브리드 증폭기에서 온도변화에 의한 입출력 임피던스 보상회로.
2. 제1항에 있어서,

   상기 정전용량 변화소자의 사이 두 과전류 방지저항에 정전압을 인가함을 특징으로 하는 하이브리드 증폭기에서 온도변화에 의한 입출력 임피던스 보상회로.
3. 하이브리드 증폭회로의 입출력 임피던스 보상회로에 있어서,

   상기 증폭회로의 입력측에 전류의 변화에 따라 정전용량이 변화하는 소자를 연결하고,

   상기 증폭회로의 출력측에 전류의 변화에 따라 정전용량이 변화하는 소자를 연결하며,

   온도의 변화에 따라 전압값이 변화하는 소자를 상기 증폭회로의 입력측에 연결하고,

   상기 두 온도변화 소자에 과전류 방지를 위한 저항을 각각 연결하여 접지하며,

   상기 두 과전류 방지 저항에 정전압을 인가하기 위한 전압발생부를 연결하고,

   상기 전압발생부로부터 인가되는 전압을 평탄화하기 위해 상기 두 과전류 방지 저항과 병렬로 캐패시터를 연결함을 특징으로 하는 하이브르드 증폭기에서 온도변화에 의한 입출력임피던스 보상회로.