KR100524882B1 - 온도 보상 기능과 넓은 동작 범위를 갖는 전력 증폭기 - Google Patents

온도 보상 기능과 넓은 동작 범위를 갖는 전력 증폭기 Download PDF

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Abstract

온도 보상 기능과 넓은 동작 범위를 갖는 전력 증폭기가 개시된다. 휴대용 전자 기기의 전력 공급부에서 프림 엠프로부터 입력한 입력전압을 증폭하여 휴대용 전자 기기에 공급하는 이 전력 증폭기는, 기준 전압을 변화하여 기준 전류를 발생시키는 기준 전류 공급 수단과, 입력한 기준 전류를 제어 전류에 응답하여 출력 직류 전압을 발생시키는 버퍼와, 출력 직류 전압을 교류 접지로 하여, 입력신호의 상측 부분을 증폭하는 제1증폭수단과, 출력 직류 전압을 교류 접지로 하여, 입력신호의 하측 부분을 증폭하는 제2증폭수단 및 휴대용 전자 기기에 공급되는 공급전압에 응답하여 소정 레벨 이하의 제어 전류를 발생하는 제어 전류 발생수단을 구비하고, 제1증폭수단과 제2증폭수단에서 각각 증폭된 입력신호의 상측 및 하측 부분을 입력전압의 증폭된 전압으로서 출력하는 것을 특징으로 하고, 좋은 온도 특성을 갖고, 동작 전원 전압이 넓은 효과가 있다.

Description

온도 보상 기능과 넓은 동작 범위를 갖는 전력 증폭기
본 발명은 휴대용 기기들에 사용되는 전원용 증폭기에 관한 것으로서, 특히, 온도 특성이 좋고 동작 전원 전압이 넓은 온도 보상 기능과 넓은 동작 범위를 갖는 전력 증폭기에 관한 것이다.
일반적으로 휴대용 라디오 카세트에서는 전원으로 배터리를 사용하므로, 공급전원이 어느 정도 작아져도 어느 정도 동작을 할 수 있어야 한다. 특히 전원 전압이 3볼트 세트에서는 동작 전압이 1.8볼트까지 보장되어야 한다.
이러한 세트에 적용되는 집적회로의 경우도 1.8볼트까지 동작이 보장되어야함을 물론이다. 특히 전력 증폭기(power amplifier)의 경우 동작시 온도가 높기 때문에 좋은 온도 특성을 가져야 한다.
이하, 종래의 전력 증폭기의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 종래의 전력 증폭기의 회로도로서, 버퍼(10)를 구성하는 트랜지스터들(Q237, Q236, Q218), 커패시터(C) 및 저항들(R227, R228)과, 트랜지스터들(Q257, Q268, Q269, Q261, Q260, Q243, Q257, Q244, Q241, Q242, Q289, Q240, Q222, Q221, Q216, Q283, Q215, Q217, Q218)과, 다수개의 저항들로 구성된다.
도 1에 도시된 트랜지스터(Q240 및 Q241)의 베이스에 입력전압이 인가된다. 이 인가된 입력전압은 Q237, Q236, Q218, Q227, Q228로 구성된 버퍼(10)에서 Vcc-Vbeq283-Vbeq215를 기준 전압으로 하여 만들어진 출력 직류 전압을 교류 접지로 하여 신호의 상측 부분은 Q240-Q239-Q242-Q244-Q259-Q269를 통하여 전류 증폭되고, 신호의 하측 파형은 Q241-Q243-Q260-Q26l-Q257-Q268을 통하여 전류 증폭된다.
여기서, 버퍼(10)의 기준 전압은 온도가 올라가면 트랜지스터의 Vbe온도 계수가 -2mV/℃이므로, 100℃증가에 따라 약 0.4볼트 증가하게 된다. 이와 같이, 기준 전압이 증가하면 이에 따라 출력 전압도 증가하게 되어 결국 트랜지스터(Q241, Q240)의 양단 전압이 줄어드는 효과를 갖게 된다. 신호의 상측 일때, 동작하는 트랜지스터들(Q24l 및 Q243)은 문제가 없으나 신호의 하측에서 동작하는 트랜지스터들(Q240 및 Q239)는 문제가 생긴다.
트랜지스터들(Q239 및 Q240)의 이미터 전위가 0.4볼트 올라가게 되면 트랜지스터(Q239)의 컬렉터-이미터간의 전압이 0.2볼트 줄어들게 된다. 왜냐하면, 트랜지스터(Q242)의 전압도 0.2볼트 줄어들게 되어 결국 트랜지스터(Q239)의 컬렉터-이미터 양단은 0.2볼트 줄어드는 효과를 갖게 되기 때문이다. 그러므로, 트랜지스터의 전류 이득이 제대로 나오지 않게 되며, 이로 인해서 전체이득이 줄어들게 되는 문제점이 있다. 이는 입력 신호의 상측 파형이 스윙(swing)할 때이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 온도의 변화에 둔감하며, 동작하기 위한 동작 전원의 범위가 넓은 온도 보상 기능과 넓은 동작 범위를 갖는 전력 증폭기를 제공하는데 있다.
상기 과제를 이루기 위해, 휴대용 전자 기기의 전력 공급부에서 프림 엠프로부터 입력한 입력전압을 증폭하여 상기 휴대용 전자 기기에 공급하는 본 발명에 의한 전력 증폭기는, 기준 전압을 변화하여 기준 전류를 발생시키는 기준 전류 공급수단과, 입력한 상기 기준 전류를 제어 전류에 응답하여 출력 직류 전압을 발생시키는 버퍼와, 상기 출력 직류 전압을 교류 접지로 하여, 상기 입력신호의 상측 부분을 증폭하는 제1증폭수단과, 상기 출력 직류 전압을 교류 접지로 하여, 상기 입력신호의 하측 부분을 증폭하는 제2증폭수단 및 상기 휴대용 전자 기기에 공급되는 공급전압에 응답하여 소정 레벨 이하의 상기 제어 전류를 발생하는 제어 전류 발생수단으로 구성되고, 상기 제1증폭수단과 상기 제2증폭수단에서 각각 증폭된 상기 입력신호의 상측 및 하측 부분을 상기 입력전압의 증폭된 전압으로서 출력하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 온도 보상 기능과 넓은 동작 범위를 갖는 전력 증폭기의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 온도 보상 기능과 넓은 동작 범위를 갖는 전력 증폭기의 회로도로서, 기준 전압(Vreg)을 변화하여 기준 전류를 발생시키는 기준 전류공급부(20)와, 입력한 기준 전류를 제어 전류에 응답하여 출력 직류 전압을 발생시키는 버퍼(30)와, 출력 직류 전압을 교류 접지로 하여, 입력신호(Vin)의 상측 부분을 증폭하는 제1증폭부(60)와, 출력 직류 전압을 교류 접지로 하여, 입력신호(Vin)의 하측 부분을 증폭하는 제2증폭부(50) 및 휴대용 전자 기기에 공급되는 공급전압에 응답하여 소정 레벨 이하의 제어 전류를 발생하는 제어 전류 발생부(40)로 구성된다.
도 2에 도시된 기준 전류 공급부(20), 버퍼(30), 제1 및 제2증폭부(60 및 50)는 동일한 구조를 갖고 있으며, 종래의 전력 증폭기에서 상술하였으므로, 본 발명의 설명에서는 제어 전류 발생부(40) 및 그와 연결되는 주변회로의 설명에만 국한한다.
휴대용 전자 기기는 일정한 직류 전압을 입력하여 동작을 하게 되며, 이 휴대용 전자 기기에 전력을 공급하는 전력 공급부는 프리 앰프와 구동부로 이루어져 있다.
본 발명에 의한 전력 증폭기는 상기 전력 공급부의 프리 앰프(미도시)로부터 출력되는 전압을 입력하고(Vin), 입력한 전압(Vin)에 상응하는 전류를 증폭하여 출력전압(Vout)의 형태로 출력하는 일종의 전류 증폭기이다. 이러한 출력 전압은 예를 들면, 휴대용 라디오 카세트등에서는 오디오 증폭기와 같은 곳으로 입력된다. 버퍼(30)의 기준 전압인 트랜지스터(Q237)의 베이스 전압은 공급전원(Vcc)가 3Vbe이상이 될 경우, Vcc-3Vbe가 되고, Vcc가 3Vbe이하의 저전압 동작일 경우는 Vcc-2Vbe-VR1이 된다.
이 때, 온도가 100℃ 올라가면 버퍼(30)의 기준 전압은 종래의 회로와 동일하게 0.4볼트 올라간다. 그러나, 본 발명의 전력 증폭기의 경우 트랜지스터(Q239)의 컬렉터-이미터 양단의 전압은 Vbe+VR1이 되어 전류 이득의 변화가 거의 없어지게 된다.
또한, 본 발명의 회로에서, 트랜지스터(Qcom)의 역할은 큰 입력이 인가되었을 때, 전압의 제한 효과를 주게 된다. 만일 트랜지스터(Qcom)이 없고, 저항(R1)만 있다면, 큰 신호가 입력되었을 경우, 트랜지스터(Q236)의 베이스에 인가되는 신호가 커지므로 트랜지스터(Q236)의 전류가 커지게 되고, 이에 따라서 공급전원(Vcc)에서 저항(R1)으로 흐르는 전류가 증가하게 된다. 다시 말해서, 전압(VA)가 신호에 따라 변하게 되어 결국은 출력 신호에 나쁜 영향을 미치게 된다.
그러나, 트랜지스터(Qcom)이 있으면 신호가 커서 저항(R1)에 걸리는 전압이 1Vbe 이상이 되면 트랜지스터(Qcom)이 턴 온되어 전압(VA)은 항상 Vcc-Vbe를 유지하여 훌륭한 교류 접지효과를 보일 수 있다.
따라서, 트랜지스터(Qcom)은 입력신호가 클 경우, 전압을 제한하여 안정된 교류 동작을 보장한다.
도 3은 본 발명에 의한 전력 증폭기가 사용되는 오디오 주파수(AF:Audio Frequency) 전력 증폭기의 전체 회로의 회로도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, AF 전력 증폭기는 도 2에 도시된 전력 증폭기(70)를 이용하고 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 온도 보상 기능과 넓은 동작 범위를 갖는 전력 증폭기는 좋은 온도 특성을 갖고, 동작 전원 전압이 넓은 효과가 있다.
도 1은 종래의 전력 증폭기의 회로도이다.
도 2는 본 발명에 의한 온도 보상 기능과 넓은 동작 범위를 갖는 전력 증폭기의 회로도이다.
도 3은 본 발명에 의한 전력 증폭기가 사용되는 오디오 주파수 진력 증폭기의 전체 회로의 회로도이다.

Claims (2)

  1. 휴대용 전자기기의 전력공급부에서 프리앰프로부터 입력한 입력전압을 증폭하여 상기 휴대용 전자기기에 공급하는 전력증폭기에 있어서,
    기준전압을 변화하여 기준전류를 발생시키는 기준전류공급수단;
    입력한 상기 기준전류를 제어전류에 응답하여 출력직류전압을 발생시키는 버퍼;
    상기 출력직류전압을 교류접지로 하여, 상기 입력신호의 상측부분을 증폭하는 제1 증폭수단;
    상기 출력직류전압을 교류접지로 하여, 상기 입력신호의 하측부분을 증폭하는 제2 증폭수단; 및
    상기 휴대용 전자기기에 공급되는 공급전압에 응답하여 소정레벨 이하의 상기 제어전류를 발생시키고, 온도증가에 따른 상기 버퍼로부터의 출력직류전압의 증가에도 상기 제1 증폭수단에서의 전류이득을 일정하게 유지하도록 하기 위한 제어전류발생수단을 구비하고,
    상기 제1 증폭수단과 상기 제2 증폭수단에서 각각 증폭된 상기 입력신호의 상측 및 하측부분을 상기 입력전압의 증폭된 전압으로서 출력하는 것을 특징으로 하는 온도보상기능과 넓은 동작범위를 갖는 전력증폭기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어전류발생수단은, 상기 공급전압을 분배받아 상기 입력신호의 상측부분을 증폭시키는 증폭트랜지스터의 컬렉터-에미터 양단의 전압에 상기 분배전압만큼 더 인가시키기 위한 저항기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도보상기능과 넓은 동작범위를 갖는 전력증폭기.
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