KR101098024B1

KR101098024B1 - 광대역 저잡음 증폭기

Info

Publication number: KR101098024B1
Application number: KR1020097022384A
Authority: KR
Inventors: 무네나리 가와시마; 요 야마구치; 가즈히로 우에하라; 겐지로 니시카와
Original assignee: 니폰덴신뎅와 가부시키가이샤
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2011-12-22
Also published as: EP2148433B1; US8004363B2; JP4857189B2; KR20090127429A; ATE521131T1; WO2008143174A1; US20100066452A1; JP2008288817A; EP2148433A1; EP2148433A4

Abstract

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는, 입력 단자를 제1 트랜지스터의 베이스 단자 및 제1 수동 소자의 일단 및 제3 수동 소자의 일단에 접속하고, 제1 트랜지스터의 에미터 단자를 접지하고, 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자를 출력 단자 및 제2 트랜지스터의 베이스 단자 및 용량 소자의 일단 및 제2 수동 소자의 일단에 접속하고, 제1 수동 소자의 타단을 용량 소자의 타단에 접속하고, 제2 트랜지스터의 에미터 단자를 제3 수동 소자의 타단에 접속하고, 전원 단자를 제2 트랜지스터의 콜렉터 단자 및 제2 수동 소자의 타단에 접속하여 구성되고, 증폭기의 원하는 포화 레벨에 대응하도록 에미터 사이즈를 결정한 제1 트랜지스터의 임피던스에 대응하여 제3 수동 소자의 임피던스값을 결정하고 입력 임피던스를 정합한다.

Description

광대역 저잡음 증폭기{Wide-range low-noise amplifier}

본 발명은 입력 임피던스를 저하시키지 않고 증폭기의 원하는 포화 레벨을 높여 선형성을 향상시키고 또한 낮은 잡음 지수를 가진 광대역 저잡음 증폭기에 관한 것이다.

본원은 2007년 5월 16일에 일본에 출원된 일본특원2007-131076호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.

종래의 광대역의 특성을 가진 증폭기로서, 예를 들면 병렬 부궤환 증폭기 모델은 도 17에 도시한 회로 구성으로 되어 있다. 이 도 17에서 161은 입력 단자, 162는 출력 단자, 163은 기본 증폭기, 164는 부궤환 회로이다.

이 부궤환 증폭기는 전압 이득Av의 주증폭기의 입력과 출력 단자 사이에 위상 변화가 적은 궤환율 F의 부궤환 회로를 접속함으로써 이득을 1/(1+FAv)로 저하시키지만, 반면 대역을 (1+FAv)로 확대하는 특징을 가지고 있다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조).

또 증폭기의 선형성을 높이는 수법으로서, 트랜지스터의 전원 전압을 높이는 수법이 있는데, 트랜지스터의 내압 때문에 고전압화에는 한계가 있다.

따라서 일반적으로는 트랜지스터의 에미터 사이즈를 크게 하여 선형성을 높 이는 수법이 채용되고 있다.

또 종래의 광대역을 가진 증폭기로서 저잡음 증폭기가 있으며, 이 저잡음 증폭기는 도 18에 도시한 회로 구성으로 되어 있다. 이 도 18에서 도면 중 171은 입력 단자, 172는 출력 단자, 173은 전원 단자, 174 및 175는 트랜지스터, 176, 177, 179 및 180은 저항 소자, 178은 인덕터이다.

이 저잡음 증폭기는 선형성을 높이기 위해 에미터 사이즈가 큰 트랜지스터를 사용하고 있다.

이 큰 트랜지스터를 사용함으로써 저하된 입력 임피던스는 트랜지스터(174)의 에미터 단자에 접속한 저항 소자(176)에 의해 50Ω로 정합되어 있다(예를 들면, 비특허문헌 2 참조).

비특허문헌 1: 아이카와 마사요시, 오오히라 다카시, 도쿠미츠 즈네오, 히로타 데츠오, 무라구치 마사히로 공저, 「단일체 마이크로파 집적 회로(MMIC)」 pp.97-99, 전자정보통신학회, 1997년 1월.

비특허문헌 2: Herbert Knapp, Dietmar Zoschg, Thomas Meister, Klaus Aufinger, Sabine Boguth, and Ludwig Treitinger "15 GHz Wideband Amplifier with 2.8dB Noise Figure in SiGe Bipolar Technology", 2001 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium, pp.287-290(2001).

그러나 도 17에 도시한 증폭기에서는, 주증폭기에 대해 병렬로 부궤환 회로를 접속하기 때문에 입력 임피던스가 저하된다는 문제점이 있다.

또 이 증폭기에는 트랜지스터의 에미터 사이즈를 크게 한 경우에도 마찬가지로 입력 임피던스가 저하된다는 문제점이 있다.

또 도 18에 도시한 저잡음 증폭기에서는 주증폭기의 에미터 단자에 저항 소자가 접속되어 있기 때문에 그 저항 소자의 저항값에 따라 잡음 지수가 악화된다는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 입력 임피던스를 저하시키지 않고 증폭기의 원하는 포화 레벨을 높여 선형성을 향상시키고 또한 낮은 잡음 지수를 가진 광대역 저잡음 증폭기의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는, 입력 단자를 제1 트랜지스터의 베이스 단자 및 제1 수동 소자의 일단 및 제3 수동 소자의 일단에 접속하고, 상기 제1 트랜지스터의 에미터 단자를 접지하고, 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자를 출력 단자 및 제2 트랜지스터의 베이스 단자 및 용량 소자의 일단 및 제2 수동 소자의 일단에 접속하고, 제1 수동 소자의 타단을 용량 소자의 타단에 접속하고, 제2 트랜지스터의 에미터 단자를 제3 수동 소자의 타단에 접속하고, 전원 단자를 제2 트랜지스터의 콜렉터 단자 및 제2 수동 소자의 타단에 접속하여 구성되고, 증폭기의 원하는 포화 레벨에 대응하도록 에미터 사이즈를 결정한 제1 트랜지스터의 임피던스에 대응하여 상기 제3 수동 소자의 임피던스값을 결정하고 입력 임피던스를 정합한다(예를 들면, 증폭기의 포화 레벨을 높이기 위해 제1 트랜지스터의 에미터 사이즈를 증가시킴에 따른 입력 임피던스의 저하를, 제3 수동 소자의 임피던스값을 증가시킴으로써 보상하여 입력 임피던스를 정합한다).

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는 상기 광대역 저잡음 증폭기에서 제3 수동 소자로서 저항 소자, 가변 저항 소자, 인덕터 중 어느 하나의 단체(單體), 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용해도 좋다.

이 구성에 의하면, 제3 수동 소자를 저항과 인덕터의 직렬 회로로 구성함으로써 임피던스가 넓은 주파수 범위에서 높아져 양호한 입력 반사 특성 및 잡음 특성을 얻을 수 있다.

또 제3 수동 소자를 저항만으로 구성하더라도 고주파수대에서의 잡음 특성은 약간 악화되지만, 저주파수대에서 충분한 특성을 얻을 수 있다.

또한 제3 수동 소자를 인덕터만으로 구성하더라도 저주파수대의 반사 특성은 약간 악화되지만, 고주파수대에서 충분한 특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는 상기 광대역 저잡음 증폭기에서 제1 수동 소자로서 저항 소자, 가변 저항 소자 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용해도 좋다.

이 구성에 의하면, 제1 수동 소자를 저항으로 구성하고 저항값을 변경함으로써 대역 및 이득을 조정할 수 있다.

또 제1 수동 소자를 가변 저항으로 구성하고 저항값을 임의로 변화시킴으로써 대역 및 이득을 임의로 변화시킬 수 있다.

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는 상기 광대역 저잡음 증폭기에서 제2 수동 소자로서 저항 소자, 인덕터 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용해도 좋다.

이 구성에 의하면, 제2 수동 소자를 저항과 인덕터의 직렬 회로로 구성함으로써 넓은 주파수 대역에서 출력 임피던스 정합을 꾀할 수 있게 되어 양호한 출력 반사 특성을 얻을 수 있다.

또 제2 수동 소자를 저항으로 구성하면 고주파수 대역에서의 임피던스 정합이 약간 악화되지만, 저주파수 대역에서는 충분한 반사 특성을 얻을 수 있다.

또 제2 수동 소자를 인덕터로 구성하면 저주파수 대역에서의 임피던스 정합이 약간 악화되지만, 고주파수 대역에서는 충분한 반사 특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는 입력 단자를 제1 트랜지스터의 베이스 단자 및 제1 수동 소자의 일단 및 제5 수동 소자의 일단에 접속하고, 제1 트랜지스터의 에미터 단자를 접지하고, 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자를 출력 단자 및 제2 트랜지스터의 베이스 단자 및 용량 소자의 일단 및 제2 수동 소자의 일단에 접속하고, 제1 수동 소자의 타단을 용량 소자의 타단에 접속하고, 제2 트랜지스터의 에미터 단자를 제4 수동 소자의 일단에 접속하고, 전원 단자를 제2 트랜지스터의 콜렉터 단자 및 제2 수동 소자의 타단에 접속하고, 제4 수동 소자의 타단을 제5 수동 소자의 타단 및 제6 수동 소자의 일단에 접속하고, 제6 수동 소자의 타단을 접지하여 구성되고, 증폭기의 원하는 포화 레벨에 대응하도록 에미터 사이즈를 결정한 제1 트랜지스터의 임피던스에 대응하여 제4 수동 소자 및 제6 수동 소자 각각의 임피던스값, 혹은 제5 수동 소자의 임피던스값을 결정하고, 또는 제4 수동 소자, 제5 수동 소자 및 제6 수동 소자의 임피던스값을 결정하여 입력 임피던스를 정합한다(예를 들면, 증폭기의 포화 레벨을 높이기 위해 제1 트랜지스터의 에미터 사이즈를 증가시킴에 따른 입력 임피던스의 저하를, 제4 수동 소자와 제6 수동 소자 각각의 임피던스를 증가시키거나 혹은 제5 수동 소자의 임피던스를 증가시킴으로써 보상하여 입력 임피던스를 정합한다).

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는 상기 광대역 저잡음 증폭기에서 제4 수동 소자로서 저항 소자, 가변 저항 소자, 인덕터 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용해도 좋다.

이 구성에 의하면, 제4 수동 소자를 저항과 인덕터의 직렬 회로로 구성함으로써 임피던스가 넓은 주파수 범위에서 높아져 양호한 입력 반사 특성 및 잡음 특성을 얻을 수 있다.

또 제4 수동 소자를 저항만으로 구성하더라도 고주파수대에서의 잡음 특성은 약간 악화되지만, 저주파수대에서는 충분한 특성을 얻을 수 있다.

또 제4 수동 소자를 인덕터만으로 구성하더라도 저주파수대에서의 반사 특성은 약간 악화되지만, 고주파수대에서는 충분한 특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는, 상기 광대역 저잡음 증폭기에서 제5 수동 소자로서 저항 소자, 가변 저항 소자, 인덕터 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용해도 좋다.

이 구성에 의하면, 제5 수동 소자를 저항과 인덕터의 직렬 회로로 구성함으로써 임피던스가 넓은 주파수 범위에서 높아져 양호한 입력 반사 특성 및 잡음 특성을 얻을 수 있다.

또 제5 수동 소자를 저항만으로 구성하더라도 고주파수대에서의 잡음 특성은 약간 악화되지만, 저주파수대에서는 충분한 특성을 얻을 수 있다.

또 제5 수동 소자를 인덕터만으로 구성하더라도 저주파수대에서의 반사 특성은 약간 악화되지만, 고주파수대에서는 충분한 반사 특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는, 상기 광대역 저잡음 증폭기에서 제6 수동 소자로서 저항 소자, 가변 저항 소자, 인덕터 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용해도 좋다.

이 구성에 의하면, 제6 수동 소자를 저항과 인덕터의 직렬 회로로 구성함으로써 임피던스가 넓은 주파수 범위에서 높아져 양호한 입력 반사 특성 및 잡음 특성을 얻을 수 있다.

또 제6 수동 소자를 저항만으로 구성하더라도 고주파수대에서의 잡음 특성은 약간 악화되지만, 저주파수대에서는 충분한 특성을 얻을 수 있다.

또 제6 수동 소자를 인덕터만으로 구성하더라도 저주파수대에서의 반사 특성은 약간 악화되지만, 고주파수대에서는 충분한 특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는, 상기 광대역 저잡음 증폭기에서 제1 수동 소자로서 저항 소자, 가변 저항 소자 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용해도 좋다.

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는, 상기 광대역 저잡음 증폭기에서 제2 수동 소자로서 저항 소자, 인덕터 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용해도 좋다.

또 제2 수동 소자를 저항만으로 구성하면, 고주파수 대역에서의 임피던스 정합이 약간 악화되지만 저주파수 대역에서는 충분한 반사 특성을 얻을 수 있다.

또 제2 수동 소자를 인덕터만으로 구성하면, 저주파수 대역에서의 임피던스 정합이 악화되지만, 고주파수 대역에서는 충분한 반사 특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는 입력 단자를 제1 트랜지스터의 베이스 단자 및 제1 수동 소자의 일단 및 제5 수동 소자의 일단에 접속하고, 제1 트랜지스터의 에미터 단자를 접지하고, 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자를 출력 단자 및 제2 트랜지스터의 베이스 단자 및 용량 소자의 일단 및 제2 수동 소자의 일단에 접속하고, 제1 수동 소자의 타단을 용량 소자의 타단에 접속하고, 제2 트랜지스터의 에미터 단자를 제5 수동 소자의 타단 및 제6 수동 소자의 일단에 접속하고, 전원 단자를 제2 트랜지스터의 콜렉터 단자 및 제2 수동 소자의 타단에 접속하고, 제6 수동 소자의 타단을 접지하여 구성되고, 증폭기의 원하는 포화 레벨에 대응하도록 에미터 사이즈를 결정한 제1 트랜지스터의 임피던스에 대응하여 제5 및 제6 수동 소자중의 적어도 하나의 임피던스값을 결정하고 입력 임피던스를 정합한다(예를 들면, 증폭기의 포화 레벨을 높이기 위해 제1 트랜지스터의 에미터 사이즈를 증가시킴에 따른 입력 임피던스의 저하를, 제5, 제6 수동 소자의 임피던스를 증가시킴으로써 보상하고 입력 임피던스를 정합한다).

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는 에미터 단자가 접지되고 베이스 단자가 입력 단자에 접속되고, 콜렉터 단자가 출력 단자에 접속된 제1 트랜지스터와, 상기 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자에 일단이 접속되고, 상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 타단이 접속된 부궤환 회로와, 전원 단자에 일단이 접속되고, 상기 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자에 타단이 접속된 제2 수동 소자와, 전원 단자 및 상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자 사이에 끼워진 바이어스 회로를 가지고, 증폭기의 원하는 포화 레벨에 대응하도록 에미터 사이즈를 결정한 상기 제1 트랜지스터의 임피던스에 대응하여 상기 바이어스 회로의 임피던스값을 결정하고 입력 임피던스를 정합한다(예를 들면, 증폭기의 포화 레벨을 높이기 위해 제1 트랜지스터의 에미터 사이즈를 증가시킴에 따른 입력 임피던스의 저하를, 바이어스 회로의 임피던스값을 증가시킴으로써 보상하고 입력 임피던스를 정합한다).

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기에서 상기 바이어스 회로가 베이스 단자가 상기 출력 단자에 접속되고, 콜렉터 단자가 전원 단자에 접속된 제2 트랜지스터와, 상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 일단이 접속되고, 상기 제2 트랜지스터의 에미터 단자에 타단이 접속된 제3 수동 소자로 구성되어 있다(예를 들면, 증폭기의 선형성을 높이기 위해 제1 트랜지스터의 에미터 사이즈를 증가시킴에 따른 입력 임피던스의 저하를, 제3 수동 소자의 임피던스값를 증가시킴으로써 보상하고 입력 임피던스를 정합한다).

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기에서, 상기 제3 수동 소자가 상기 제2 트랜지스터의 에미터 단자에 일단이 접속된 제4 수동 소자와, 상기 제4 수동 소자의 타단에 일단이 접속되고 상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 타단이 접속된 제5 수동 소자로 구성되어도 좋다.

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기에서 상기 제4 수동 소자의 타단에 일단이 접속되고 타단이 접지된 제6 수동 소자를 더 가져도 좋다.

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기에서 상기 부궤환 회로가, 상기 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자에 일단이 접속된 용량 소자와, 상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 일단이 접속되고 상기 용량 소자의 타단에 타단이 접속된 제1 수동 소자로 구성되어도 좋다.

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기에서 제4 수동 소자 및 제5 수동 소자로서 저항 소자, 가변 저항 소자, 인덕터 중 어느 하나를 사용해도 좋다.

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기에서 제6 수동 소자로서 저항 소자, 가변 저항 소자, 인덕터 중 어느 하나를 사용해도 좋다.

이상 설명한 것처럼 본 발명에 의하면, 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 베이스 전류를 공급하는, 제2 트랜지스터로 이루어진 바이어스 회로에서, 제2 트랜지스터의 에미터 단자와 제1 트랜지스터의 베이스 단자 사이에 설치된 제3 수동 소자를 고임피던스화함으로써 증폭기의 입력 임피던스 저하를 억제할 수 있고, 제1 트랜지스터의 베이스 에미터 저항에 대응하여 바이어스 회로의 임피던스를 제어하여 입력 정합(임피던스 정합)을 취할 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 의하면, 에미터 사이즈가 큰 제1 트랜지스터를 사용함으로써 증폭기의 원하는 포화 레벨을 높일 수 있고 증폭기의 선형성이 향상되어 종래예와 같이 제1 트랜지스터의 에미터 단자를 수동 소자를 사이에 두고 접지되어 있지 않기 때문에 잡음 지수를 개선할 수 있다.

또 본 발명에 의하면, 증폭 회로의 포화 레벨을 높이기 위해 일반적인 광대역 저잡음 증폭기에서 사용되는 트랜지스터와 비교하여 증폭 회로의 선형성을 향상시키기 위해 제1 트랜지스터의 에미터 사이즈를 크게 했기 때문에 제1 트랜지스터의 베이스 에미터 저항이 저하되고, 결과적으로 증폭 회로의 입력 임피던스가 저하되는 것을 억제하기 위해 증폭기의 원하는 포화 레벨에 의해 제1 트랜지스터의 에미터 사이즈를 규정하고, 이 에미터 사이즈에 의해 정해진 베이스 에미터 저항의 저항값에 대응하여 제3 수동 소자의 임피던스를 증가시키고 증폭기의 입력 임피던스를 정합한다.

따라서 본 발명에 의하면, 제3 수동 소자의 임피던스의 증가에 의해 제1 트랜지스터 베이스 에미터 저항의 저하분을 보충하여 증폭 회로의 입력 임피던스의 저하를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에서의 광대역 저잡음 증폭기의 구성예를 도시한 회로도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시형태에서의 광대역 저잡음 증폭기의 바이어스 회 로가 간략화된 등가 회로도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시형태에서의 광대역 저잡음 증폭기의 바이어스 회로의 특성을 설명하기 위한 간략화된 회로도이다.

도 4는 도 3에 도시한 광대역 저잡음 증폭기의 바이어스 회로의 S파라미터(S11)의 계산 결과를 도시한 스미스 차트이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시형태에서의 광대역 저잡음 증폭기의 구체적인 회로를 도시한 회로도이다.

도 6은 비교를 위한 본 발명의 제1 실시형태에서의 다른 광대역 저잡음 증폭기의 구체적인 회로를 도시한 회로도이다.

도 7은 제1 실시형태에서의 도 5 및 도 6의 광대역 저잡음 증폭기의 S파라미터(S11)의 계산 결과를 도시한 스미스 차트이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시형태에서의 광대역 저잡음 증폭기의 구성예를 도시한 회로도이다.

도 9는 본 발명의 제2 실시형태에서의 광대역 저잡음 증폭기의 바이어스 회로를 간략화한 등가 회로도이다.

도 10은 본 발명의 제2 실시형태에서의 광대역 저잡음 증폭기의 바이어스 회로의 특성을 설명하기 위한 간략화한 회로도이다.

도 11은 도 10에 도시한 광대역 저잡음 증폭기의 바이어스 회로의 S파라미터(S11)의 계산 결과를 도시한 스미스 차트이다.

도 12는 본 발명의 제2 실시형태에서의 광대역 저잡음 증폭기의 바이어스 회 로의 특성을 설명하기 위한 간략화한 회로도이다.

도 13은 도 12에 도시한 광대역 저잡음 증폭기의 바이어스 회로의 S파라미터(S11)의 계산 결과를 도시한 스미스 차트이다.

도 14는 본 발명의 제2 실시형태에서의 광대역 저잡음 증폭기의 구체적인 회로를 도시한 회로도이다.

도 15는 비교를 위한 본 발명의 제2 실시형태에서의 다른 광대역 저잡음 증폭기의 구체적인 회로를 도시한 회로도이다.

도 16은 제2 실시형태에서의 도 14 및 도 15의 광대역 저잡음 증폭기의 S파라미터(S11)의 계산 결과를 도시한 스미스 차트이다.

도 17은 비특허문헌 1에 기재된 종래의 부궤환 증폭기의 모델을 도시한 도면이다.

도 18은 비특허문헌 2에 기재된 광대역 저잡음 증폭기의 회로도이다.

<부호의 설명>

1, 31, 51, 71, 81, 91, 111, 121, 141, 161, 171…입력 단자

2, 32, 52, 92, 142, 162, 172…출력 단자

3, 33, 53, 93, 143, 173…전원 단자

4…제1 트랜지스터

5…제2 트랜지스터

6, 36, 56, 96, 146…용량 소자

7…제1 수동 소자

8…제2 수동 소자

9…제3 수동 소자

19…제4 수동 소자

20…제5 수동 소자

21…제6 수동 소자

34, 35, 54, 55, 82, 94, 95, 122, 132, 144, 145, 174, 175…트랜지스터

37, 39, 40, 57, 59, 60, 62, 83, 147, 149, 152…저항 소자

74, 114…베이스 에미터 저항

38, 41, 58, 61, 98, 100, 148, 151, 178…인덕터

72, 73, 112, 113, 116, 117…수동 소자

97, 99, 123, 124, 133, 134, 137, 176, 177, 179, 180…저항 소자

75, 115…상호 콘덕턴스

84, 85, 125, 126, 135, 136…전압원

163…기본 증폭기

164…부궤환 회로

본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는 고선형성을 가진 것으로서, 에미터 단자가 접지되고 베이스 단자가 입력 단자에 접속되고 콜렉터 단자가 출력 단자에 접속된 제1 트랜지스터와, 베이스 단자가 상기 출력 단자에 접속되고 콜렉터 단자가 전원 단자에 접속된 제2 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터의 베이스 단자에 일단이 접속된 용량 소자와, 상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 일단이 접속되고 상기 용량 소자의 타단에 타단이 접속된 제1 수동 소자와, 상기 제2 트랜지스터의 베이스 단자에 일단이 접속되고 제2 트랜지스터의 콜렉터 단자에 타단이 접속된 제2 수동 소자와, 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 일단이 접속되고 제2 트랜지스터의 에미터 단자에 타단이 접속된 제3 수동 소자로 구성된다. 이 증폭기에서는 증폭기의 원하는 포화 레벨에 대응하도록 에미터 사이즈를 결정한 제1 트랜지스터의 임피던스에 대해 입력 임피던스를 정합하도록 상기 제3 수동 소자의 임피던스값을 결정하였다.

즉, 본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는 상기 원하는 포화 레벨을 달성하기 위해 종래의 트랜지스터에 비해 제1 트랜지스터의 에미터 사이즈를 증가시켰다.

따라서 본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는, 제1 트랜지스터의 에미터 사이즈가 설정되어 베이스 에미터 저항이 결정된 후, 상기 제3 수동 소자의 임피던스값을 결정하고, 입력에 접속되는 외부 회로의 출력 임피던스에 대해 입력 임피던스의 정합을 취한다(예를 들면, 입력 임피던스가 50Ω가 되도록 제3 수동 소자의 임피던스값을 설정한다).

여기에서 부궤환에 사용하고 있는 용량 소자는 직류 바이어스의 차단을 주목적으로 하는 것으로서, 증폭기의 동작 주파수에서 저임피던스가 되는 용량값으로 설정함으로써 주파수 대역폭에 영향을 주지 않는다. 따라서 제1 수동 소자와 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자 사이가 아닌 제1 수동 소자와 제1 트랜지스터의 베이스 단자 사이에 있어도 효과는 같다. 또 제1 수동 소자가 여러 개의 소자로 구성되어 있는 경우, 그 사이에 접속되어 있어도 효과는 같다.

본 실시형태에서는, 예를 들면 증폭기의 원하는 포화 레벨을 높이기 위해 제1 트랜지스터의 에미터 사이즈를 증가시킴으로써 베이스 에미터 저항을 저하시키고 또 광대역화를 꾀하기 위해 부궤환 회로를 설치하였다.

따라서 본 실시형태에서는 상술한 제1 트랜지스터의 베이스 에미터 저항의 저하와, 부궤환 회로를 설치한 것 두 가지에 따른 증폭기의 입력 임피던스의 저하를, 제1 트랜지스터에 대해 베이스 전류를 공급하는 바이어스 회로(제3 수동 소자로 이루어진 회로)의 임피던스값(바이어스 회로의 입력 임피던스)을 증가시킴으로써 보상하고 입력 임피던스의 정합, 예를 들면 입력에 신호를 공급하는 외부 회로의 출력 임피던스에 대해 입력 임피던스의 정합을 취한다.

즉, 본 실시형태는 트랜지스터를 사용한 광대역 증폭기로서, 베이스 단자 및 콜렉터 단자간에 수동 소자를 접속한 부궤환을 가진 구성과, 증폭기의 포화 레벨을 높이기 위해 제1 트랜지스터의 에미터 사이즈를 증가시킨 구성의 두 가지의 구성에 따른 입력 임피던스의 저하를, 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 바이어스 전압을 주는 바이어스 회로에서의 제3 수동 소자를 고임피던스화함으로써 보상하고 증폭 회로의 입력 임피던스의 정합을 하는 것이다.

실시형태에서 바이어스 회로는 제1 트랜지스터의 베이스 단자와 전원 단자 사이에 끼워져 있으며 제2 트랜지스터와 제3 수동 소자가 직렬로 접속되어 구성되어 있다.

또 실시형태에서 부궤환 회로는 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자와 베이스 단 자 사이에 끼워져 있으며 제1 수동 소자와 용량 소자가 직렬로 접속되어 형성되어 있다.

<제1 실시형태>

이하, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 광대역 저잡음 증폭기를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 동 실시형태에 의한 광대역 저잡음 증폭기의 구성예를 도시한 회로도이다.

상기 도 1에서 광대역 저잡음 증폭기는 제1 트랜지스터(4), 제2 트랜지스터(5), 용량 소자(6), 제1 수동 소자(7), 제2 수동 소자(8) 및 제3 수동 소자(9)를 가지고 있다. 여기에서 제1 트랜지스터(4) 및 제2 트랜지스터(5)는 npn형 바이폴라 트랜지스터이다.

상기 제1 트랜지스터(4)는 에미터 단자가 접지되고 베이스 단자가 입력 단자(1)에 접속되고, 콜렉터 단자가 출력 단자(2)에 접속되고, 콜렉터 단자가 제2 수동 소자를 사이에 두고 전원 단자(3)에 접속되어 있다.

여기에서 제2 수동 소자(8)는 일단이 제1 트랜지스터(4)의 콜렉터 단자에 접속되고 타단이 전원 단자(3)에 접속되어 있다.

제2 트랜지스터(5)는 베이스 단자가 출력 단자(2)에 접속되고 콜렉터 단자가 전원 단자(3)에 접속되고 에미터 단자가 제3 수동 소자(9)를 사이에 두고 제1 트랜지스터(4)의 베이스 단자에 접속되어 있다.

여기에서 제3 수동 소자(9)는 일단이 제1 트랜지스터(4)의 베이스 단자에 접 속되고, 타단이 제2 트랜지스터(5)의 에미터 단자에 접속되어 있다.

또 상기 제1 수동 소자(7)는 부궤환 저항으로서, 일단이 제1 트랜지스터(4) 베이스 단자에 접속되고, 타단이 용량 소자(6)의 타단에 접속되어 있다.

본 실시형태에서는, 증폭기의 원하는 포화 레벨을 높여 선형성을 향상시킬 목적으로 제1 트랜지스터의 에미터 사이즈를 증가시킴에 따른 입력 임피던스의 저하를 억제하기 위해, 제1 트랜지스터의 에미터 단자와 접지점 사이에, 종래예에서 제1 트랜지스터의 에미터 단자 및 접지간에 끼워져 있던 저항을 삽입하지 않고 제1 트랜지스터의 에미터 단자를 직접 접지점에 접속하였다.

상기 제3 수동 소자(9)는 이 증폭 회로의 입력 임피던스의 저하를 억제하기 위해 바이어스 회로의 입력 임피던스를 증가시킴으로써 증폭 회로의 입력 임피던스를 높였다.

상기 용량 소자(6)는 일단이 제1 트랜지스터(4)의 콜렉터 단자에 접속되고, 타단이 제1 수동 소자(7)의 타단에 접속되어 있다.

다음으로, 도 1에서의 제1 트랜지스터(4) 베이스 단자에 전류를 공급하는, 제2 트랜지스터(5)로 구성된 바이어스 회로의 동작을 도 2 내지 도 4를 사용하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시형태의 광대역 저잡음 증폭기를 구성하는 바이어스 회로로서, 제2 트랜지스터(5)의 베이스 에미터 저항(74)과 상호 콘덕턴스(75)로 표현할 수 있다고 하여, 제2 트랜지스터(5)로 이루어진 바이어스 회로를 간략화한 등가 회로도이다.

이 도 2에서 71은 입력 단자, 72는 수동 소자, 73은 수동 소자이다. 또 도 2에서 Z₁은 수동 소자(72)의 임피던스이고, Z₂는 수동 소자(73)의 임피던스이다.

또 도 2에서 v_i는 입력 단자(71)에서의 전압이고, i_i는 입력 단자(71)에서의 전류이고, v1은 제2 트랜지스터(5)의 베이스 에미터간 전압이다.

그 때 바이어스 회로의 입력 임피던스 Z_i는 이하의 수학식 1에 의해 나타낼 수 있다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서 전압 v_i는 이하의 수학식 2, 전류 i_i는 수학식 3으로 각각 나타낼 수 있다.

[수학식 2]

[수학식 3]

그리고 상기 수학식 2를 수학식 3에 대입하면 이하에 나타내는 수학식 4를 얻을 수 있다.

[수학식 4]

즉, 수학식 1에서의 입력 임피던스 Z_i는 이하에 나타내는 수학식 5로 표시할 수 있다

[수학식 5]

따라서 수학식 5로부터 알 수 있듯이, 바이어스 회로의 입력 임피던스는 수동 소자(73)의 입력 임피던스 Z₂를 증가시킴으로써 이 증가에 대응시켜 높게 할 수 있다.

도 3은 도 2의 베이스 에미터 저항(74)과 상호 콘덕턴스(75)로 이루어진 간략화된 트랜지스터를 트랜지스터(82)로, 수동 소자(73)를 저항 소자(83)로 치환하고, 수동 소자(72)를 생략하여 트랜지스터(82)에 전원을 공급하는 전압원(84, 85)을 접속한 바이어스 회로이다.

또 도 3에서의 트랜지스터(82)의 에미터 사이즈는 48㎛², 전원(84)의 전압은 0.9V, 전원(85)의 전압은 1.4V, 입력 임피던스는 50Ω이다.

그리고 도 4는 도 3의 바이어스 회로의 저항 소자(83)의 값을 10Ω, 100Ω, 1kΩ, 10kΩ로 바꾸었을 때의 S파라미터(S11)의 계산 결과를 도시한 스미스 차트이 다.

도 4에 도시한 바와 같이 저항 소자(83)의 값을 크게 함에 따라 바이어스 회로의 입력 임피던스가 높아지는 것을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 기초한 광대역 저잡음 증폭기의 구체예를 도시한 회로도이다. 이 도 5에서 31은 입력 단자, 32는 출력 단자, 33은 전원 단자, 34는 제1 트랜지스터, 35는 제2 트랜지스터, 36은 용량 소자, 37, 39, 40은 저항 소자, 38, 41은 인덕터이다.

여기에서 저항(40) 및 인덕터(41)의 직렬 접속이 제3 수동 소자(9)에 대응하고 저항(39) 및 인덕터(38)의 직렬 접속이 제2 수동 소자(8)에 대응하고, 저항 소자(37)가 제1 수동 소자(7)에 대응하고 있다.

또 도 6도 도 5와 같이 제1 실시형태에 기초한, 광대역 저잡음 증폭기의 구체예를 도시한 회로도로서, 도 3의 본 발명의 제1 실시형태에 기초한 광대역 저잡음 증폭기의 구체예의 효과를 나타내기 위해 비교로서 도시하고 있다. 이 도 6에서 91은 입력 단자, 92는 출력 단자, 93은 전원 단자, 94는 제1 트랜지스터, 95는 제2 트랜지스터, 96은 용량 소자, 97, 99는 저항 소자, 98, 100은 인덕터이다. 저항 소자(99)와 인덕터(98)의 직렬 접속이 제2 수동 소자(8)에 대응하고, 저항 인덕터(97)가 제1 수동 소자(7)에 대응하고, 인덕터(100)가 제3 수동 소자(9)에 대응하고 있다.

도 7은, 도 5에 도시한 본 발명의 제1 실시형태에 기초한 광대역 저잡음 증폭기의 구체예와 도 6에 도시한 광대역 저잡음 증폭기의 구체예의 S파라미터(S11) 의 시뮬레이션 결과를 도시한 스미스 차트이다.

이 도면에서 흰 동그라미는 도 5에 도시한 본 발명의 제1 실시형태에 기초한 광대역 저잡음 증폭기의 구체예의 S파라미터(S11), 검은 동그라미는 도 6에 도시한 본 발명의 제1 실시형태의 광대역 저잡음 증폭기의 구체예의 S파라미터(S11)이다.

도 5에서의 트랜지스터(34)의 에미터 사이즈는 80㎛², 트랜지스터(35)의 에미터 사이즈는 16㎛², 용량 소자(36)의 용량값은 3pF, 저항 소자(37)의 저항값은 500Ω, 인덕터(38)의 인덕턴스값은 0.5nH, 저항 소자(39)의 저항값은 100Ω, 저항 소자(40)의 저항값은 5000Ω, 인덕터(41)의 인덕턴스값은 0.5nH, 입출력의 임피던스는 50Ω이다. 도 7에 의해 본 발명의 회로 구성으로 함으로써 입력 임피던스 정합 조건이 50Ω에 접근하여 임피던스 정합이 취해지는 것을 알 수 있다. 도 6에서도 대응하는 소자는 도 5의 각 소자의 수치와 동일하다.

상술한 것처럼 제3 수동 소자(9)를, 도 5와 같이 저항(40)과 인덕터(41)의 직렬 회로로 구성함으로써 증폭기의 입력 임피던스가 동작 주파수 범위에서 높게 할 수 있어 양호한 입력 반사 특성 및 잡음 특성을 얻을 수 있다.

또 인덕터(41)를 설치하지 않고 제3 수동 소자(9)를 저항(40)만으로 구성하여도 고주파수대에서의 잡음 특성은 약간 악화되지만, 저주파수대에서는 충분한 특성을 얻을 수 있다.

또 제3 수동 소자(9)를, 저항(40)을 마련하지 않고 인덕터(41)만으로 구성하여도 저주파수대에서의 반사 특성은 약간 악화되지만, 고주파수대에서는 충분한 특 성을 얻을 수 있다.

또 상기 저항(40)을 가변 저항에 의해 구성하고 저항값을 임의로 변화시킴으로써 대역 및 이득을 임의로 변화시킬 수도 있다.

즉, 제3 수동 소자(9)로서, 저항 소자, 가변 저항 소자 및 인덕터 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자의 조합을 직렬 접속한 구성을 사용할 수 있다.

또 제1 수동 소자(7)는 도 5와 같이 저항(37)에 의해 구성하고 이 저항(37)의 저항값을 변경함으로써 대역 및 이득을 조정할 수 있다.

또 제1 수동 소자(7)인 저항(37)을 가변 저항에 의해 구성하고 저항값을 임의로 변화시킴으로써 대역 및 이득을 임의로 변화시킬 수 있다.

여기에서 제1 수동 소자(7)는 상술한 것처럼 저항 소자 및 가변 저항 소자 중 어느 하나 혹은 직렬 접속한 구성을 사용할 수 있다.

또 제2 수동 소자(8)는, 도 5와 같이 저항(39)과 인덕터(38)의 직렬 회로로 구성함으로써 넓은 주파수 대역에서 출력 임피던스 정합을 꾀할 수 있게 되어 양호한 출력 반사 특성을 얻을 수 있다.

상기 제2 수동 소자(8)를, 인덕터(38)를 설치하지 않고 저항(39)만으로 구성하면, 증폭 회로는 고주파수 대역에서의 임피던스 정합이 약간 악화되지만, 저주파수 대역에서는 충분한 반사 특성을 얻을 수 있다.

또 제2 수동 소자(8)를, 저항(39)을 설치하지 않고 인덕터(38)만으로 구성하면, 증폭 회로는 저주파수 대역에서의 임피던스 정합이 약간 악화되지만, 고주파수 대역에서 충분한 반사 특성을 얻을 수 있다.

즉, 제2 수동 소자(8)로서 저항 소자, 가변 저항 소자 및 인덕터 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자의 조합을 직렬 접속한 구성을 사용할 수 있다.

<제2 실시형태>

이하, 본 발명의 제2 실시형태에 의한 광대역 저잡음 증폭기를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 8은 동 실시형태에 의한 광대역 저잡음 증폭기의 구성예를 도시한 회로도이다.

상기 도 8에서, 광대역 저잡음 증폭기는 제1 트랜지스터(4), 제2 트랜지스터(5), 용량 소자(6), 제1 수동 소자(7), 제2 수동 소자(8) 및 제3 수동 소자(9)를 가지고 있다. 여기에서 제3 수동 소자(9)는 제4 수동 소자(19), 제5 수동 소자(20) 및 제6 수동 소자(21)로 구성되어 있다. 또 제1 트랜지스터(4) 및 제2 트랜지스터(5)는 npn형 바이폴라 트랜지스터이다.

제2 실시형태에서 제1 트랜지스터(4), 제2 트랜지스터(5), 용량 소자(6), 제1 수동 소자(7), 제2 수동 소자(8)의 접속 관계는 도 1의 제1 실시형태와 동일하므로 생략한다.

또 제2 실시형태에서, 제3 수동 소자(9)는 제2 트랜지스터(5)의 에미터 단자와 제1 트랜지스터(4)의 베이스 단자 사이에 제4 수동 소자(19)와 제5 수동 소자(20)가 직렬로 끼워져 있으며(설치되어 있으며), 제6 수동 소자(21)가 제4 수동 소자(19) 및 제5 수동 소자(20)의 접속점과 접지점 사이에 끼워져(설치되어) 구성되어 있다.

다음으로, 도 8에서의 제1 트랜지스터(4)의 베이스 단자에 전류를 공급하는, 제2 트랜지스터(5)로 구성된 바이어스 회로의 동작을 도 9 내지 도 11을 사용하여 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명의 제2 실시형태의 광대역 저잡음 증폭기를 구성하는 바이어스 회로로서, 제2 트랜지스터(5)의 베이스 에미터 저항(114)과 상호 콘덕턴스(115)로 표현할 수 있다고 하여, 제2 트랜지스터(5)로 이루어진 바이어스 회로를 간략화한 등가 회로도이다.

이 도 9에서 111은 입력 단자, 112는 수동 소자, 113은 수동 소자, 117은 수동 소자, 116은 수동 소자이다.

또 도 9에서 Z₁은 수동 소자(112)의 임피던스이고, Z₂는 수동 소자(113)의 임피던스이고, Z₃은 수동 소자(116)의 임피던스이고, Z₄는 수동 소자(117)의 임피던스이다.

또 도 9에서 v_i는 입력 단자(111)에서의 전압이고, i_i는 입력 단자(111)에서의 전류이고, v₁은 제2 트랜지스터(5)의 베이스 에미터간 전압이다.

그 때 바이어스 회로의 입력 임피던스 Z_i는 이하의 수학식 6식에 의해 나타낼 수 있다.

[수학식 6]

상기 수학식 6에서 전압 v_i는 이하의 수학식 7, 전류 i_i는 수학식 8에 의해 각각 나타낼 수 있다.

[수학식 7]

[수학식 8]

그리고 상기 수학식 7을 수학식 8에 대입하면 이하에 나타내는 수학식 9를 얻을 수 있다.

[수학식 9]

그리고 수학식 9에서 수동 소자(116)의 임피던스 Z₃을 이하의 수학식 10으로서 나타내면, 입력 임피던스 Z_i는 이하에 나타내는 수학식 11에 의해 나타낼 수 있다.

[수학식 10]

[수학식 11]

따라서 수학식 11로부터 알 수 있듯이 바이어스 회로의 입력 임피던스는 수동 소자(113) 및 수동 소자(117)의 임피던스 Z₂, Z₄를 증가시킴으로써 이 증가에 대응시켜 높게 할 수 있다.

도 10은 도 9에서의 베이스 에미터 저항(114)과 상호 콘덕턴스(115)를 트랜지스터(122)로, 수동 소자(113)를 저항 소자(123)로 치환하고, 수동 소자(116)를 저항 소자(124)로 치환하고, 수동 소자(117)를 생략하여 트랜지스터(122)에 전원을 공급하는 전압원(126, 125)을 접속한 바이어스 회로이다.

또 도 10에서의 트랜지스터(122)의 에미터 사이즈는 48㎛², 전원(125)의 전압은 0.9V, 전원(126)의 전압은 1.4V, 입력 임피던스는 50Ω이다.

그리고 도 11은 도 10의 바이어스 회로의 저항 소자(123 및 124) 각각의 값을 10Ω, 100Ω, 1kΩ, 10kΩ로 바꾸었을 때의 S파라미터(S11)의 계산 결과이다.

도 11에 도시한 바와 같이 저항 소자(123 및 124)의 저항값을 크게 함에 따라 입력 임피던스가 높아진 것을 알 수 있다.

도 12는 도 9의 베이스 에미터 저항(114)과 상호 콘덕턴스(115)를 트랜지스터(132)로 치환하고, 수동 소자(113)를 저항 소자(133)로 치환하고, 수동 소자(116)를 저항 소자(134)로 치환하고, 수동 소자(117)를 저항 소자(137)로 치환하 여 수동 소자(112)를 생략하고, 트랜지스터(132)에 전원을 공급하는 전압원(135, 136)을 접속한 바이어스 회로이다.

또 도 12에서의 트랜지스터(132)의 에미터 사이즈는 48㎛², 전원(135)의 전압은 0.9V, 전원(136)의 전압은 1.4V, 저항 소자(133 및 134)의 저항값은 50Ω이고, 입력 임피던스는 50Ω이다.

그리고 도 13은 도 12의 바이어스 회로의 저항 소자(137)의 값을 10Ω, 100Ω, 1kΩ, 1OkΩ로 바꾸었을 때의 S파라미터(S11)의 계산 결과이다.

도 13에 도시한 바와 같이, 저항 소자(137)의 저항값을 크게 함에 따라 입력 임피던스가 높아진 것을 알 수 있다.

도 14는 본 발명의 제2 실시형태에 기초한 광대역 저잡음 증폭기의 구체예를 도시한 회로도이다. 도 14에서 51은 입력 단자, 52는 출력 단자, 53은 전원 단자, 54는 제1 트랜지스터, 55는 제2 트랜지스터, 56은 용량 소자, 57, 59, 60, 62는 저항 소자, 58, 61은 인덕터이다.

여기에서 저항(60)이 제4 수동 소자(19)에 대응하고, 인덕터(61)가 제5 수동 소자(20)에 대응하고, 저항(62)이 제6 수동 소자(21)에 대응하고, 저항(59) 및 인덕터(58)의 직렬 접속이 제2 수동 소자(8)에 대응하고, 저항(57)이 제1 수동 소자(7)에 대응하고 있다.

또 도 15도 도 14와 같이 제2 실시형태에 기초한, 광대역 저잡음 증폭기의 구체예를 도시한 회로도로서, 도 8의 본 발명의 제2 실시형태에 기초한 광대역 저 잡음 증폭기의 구체예의 효과를 나타내기 위해 비교로서 도시하였다. 이 도 15에서 141은 입력 단자, 142는 출력 단자, 143은 전압원, 144는 제1 트랜지스터, 145는 제2 트랜지스터, 146은 용량 소자, 147, 149, 152는 저항 소자, 148, 151은 인덕터이다. 저항(149) 및 인덕터(148)의 직렬 접속이 제2 수동 소자(8)에 대응하고, 저항(147)이 제1 수동 소자(7)에 대응하고, 인덕터(151)가 제5 수동 소자(20)에 대응하고, 저항(152)이 제6 수동 소자(21)에 대응하고 있다.

도 16은, 도 14에 도시한 본 발명의 제2 실시형태에 기초한 광대역 저잡음 증폭기의 구체예와 도 15에 도시한 광대역 저잡음 증폭기의 구체예의 S파라미터(S11)의 시뮬레이션 결과를 도시한 스미스 차트이다.

이 도 16에서 흰 동그라미는 도 14에 도시한 본 발명의 제2 실시형태에 기초한 광대역 저잡음 증폭기의 구체예의 S파라미터(S11), 검은 동그라미는 도 15에 도시한 본 발명의 제2 실시형태의 광대역 저잡음 증폭기의 구체예의 S파라미터(S11)이다.

도 14에서의 트랜지스터(54)의 에미터 사이즈는 80㎛², 트랜지스터(55)의 에미터 사이즈는 16㎛², 용량 소자(56)의 용량값은 3pF, 저항 소자(57)의 저항값은 500Ω, 인덕터(58)의 인덕턴스값은 0.5nH, 저항 소자(59)의 저항값은 100Ω, 저항 소자(6)0의 저항값은 5000Ω, 인덕터(61)의 인덕턴스값은 0.5nH, 저항 소자(62)의 저항값은 5000Ω, 입출력의 임피던스는 50Ω이다. 도 16에 의해, 본 발명의 회로 구성으로 함으로써 입력 임피던스 정합 조건이 50Ω에 가까워져 임피던스 정합이 취해진 것을 알 수 있다.

상술한 것처럼 제3 수동 소자(9)를, 도 14와 같이 트랜지스터(55)의 에미터 단자 및 트랜지스터(54)의 베이스 단자 사이에 끼워진 저항(60)과 인덕터(61)의 직렬 회로와, 저항(60) 및 인덕터(61)의 접속점과 접지점 사이에 끼워진 저항(62)으로 구성함으로써 증폭기의 입력 임피던스가 넓은 주파수 범위에서 높아져 양호한 입력 반사 특성 및 잡음 특성을 얻을 수 있다.

또 인덕터(61)를 설치하지 않고, 제3 수동 소자(9)를 저항(60) 및 저항(62)만으로 구성하여도 고주파수대에서의 잡음 특성은 약간 악화되지만, 저주파수대에서는 충분한 특성을 얻을 수 있다.

또 제3 수동 소자(9)를, 저항(60)을 설치하지 않고 인덕터(61) 및 저항(62)만으로 구성하여도 저주파수대에서의 반사 특성은 약간 악화되지만, 고주파수대에서는 충분한 특성을 얻을 수 있다.

또 제1 수동 소자(7)는 도 14와 같이 저항(57)에 의해 구성하고 이 저항(57)의 저항값을 변경함으로써 대역 및 이득을 조정할 수 있다.

또 제1 수동 소자(7)인 저항(57)을 가변 저항에 의해 구성하고 저항값을 임의로 변화시킴으로써 대역 및 이득을 임의로 변화시킬 수 있다.

또 제1 수동 소자(7)를 저항 및 가변 저항 중 어느 하나, 혹은 직렬 접속한 구성을 사용할 수도 있다.

또 제2 수동 소자(8)를, 도 14와 같이 저항(59)과 인덕터(58)의 직렬 회로로 구성함으로써 증폭 회로는 넓은 주파수 대역에서 출력 임피던스 정합을 꾀할 수 있 게 되어 양호한 출력 반사 특성을 얻을 수 있다.

상기 제2 수동 소자(8)는 인덕터(58)를 설치하지 않고 저항(59)만으로 구성하면 고주파수 대역에서의 임피던스 정합이 약간 악화되지만, 저주파수 대역에서는 충분한 반사 특성을 얻을 수 있다.

또 제2 수동 소자(8)를, 저항(59)을 설치하지 않고 인덕터(58)만으로 구성하면 증폭 회로는 저주파수 대역에서의 임피던스 정합이 약간 악화되지만, 고주파수 대역에서는 충분한 반사 특성을 얻을 수 있다.

상술한 것처럼, 제2 수동 소자(8)로서 저항 소자 및 인덕터 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 구성을 사용할 수 있다.

또 도 8에서의 제5 수동 소자(20)로서 저항 소자, 가변 저항 소자 및 인덕터의 각 소자 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 구성을 사용할 수 있다.

또 도 8에서의 제6 수동 소자(21)로서 저항 소자, 가변 저항 소자 및 인덕터의 각 소자 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 구성을 사용할 수 있다.

이상 설명한 실시형태는 본 발명의 실시형태를 예시적으로 나타내는 것으로서 한정적으로 나타내는 것이 아니며 본 발명은 다른 여러가지 변형 태양 및 변경 태양으로 실시할 수 있다.

따라서, 본 발명의 청구범위는 특허청구범위 및 그 균등 범위에 의해서만 규정되는 것이다.

또 본 발명에 의하면 높은 선형성을 가진 광대역 저잡음 증폭기를 실현할 수 있어 소프트웨어 무선, 인지(cognitive) 무선, 측정기 등 높은 선형성, 광대역 특성, 저잡음 특성이 요구되는 분야에 널리 적용할 수 있다는 이점이 있다.

또 도 18에 도시한 종래 기술에서는, 이미 설명한 것처럼 저항 소자(176)를 트랜지스터(174)의 에미터 단자에 접속하는 직렬 궤환 구성으로 함으로써 광대역화와 고입력 임피던스화를 꾀하였다.

한편, 도 1(제1 실시형태), 도 8 및 도 15(제2 실시형태)에 도시한 본 발명에서, 잡음 지수를 종래예에 비해 개선하기 위해 도 18에 도시한 종래 기술에서 사용하고 있는 에미터 단자에 접속하는 직렬 궤환 저항을 생략하고 수동 소자로 이루어진 부궤환 구성으로 하였다.

도 18에 도시한 종래 기술의 잡음 지수는, 에미터 단자에 삽입한 직렬 궤환 저항에 의해 4k·T·Rs(k는 볼츠만 정수, T는 절대 온도, Rs는 직렬 궤환 저항의 저항값) 악화된다.

이에 반해, 본 실시형태에서는 상술한 것처럼 잡음 지수는 에미터 콜렉터간에 삽입한 부궤환 회로에서 사용하는 부궤환 저항에 의해 4k·T/Rp(Rp는 부궤환 저항의 저항값) 악화된다. 따라서 대역이나 이득을 같은 특성으로 하는 Rs,Rp에서 4k·T·Rs>4k·T/Rp가 되어 잡음 지수가 개선된다. 이 점이 종래 기술과 본 발명의 본질적인 차이이다.

아울러 용량 소자(6)는 직류 바이어스의 차단을 주목적으로 하는 것으로서, 증폭기의 동작 주파수에서 저임피던스가 되는 용량값으로 설정함으로써 주파수 대 역폭에 영향을 주지 않는다. 따라서 상기 부궤환 회로 내 어디에 삽입되어 있어도 효과는 같다.

Claims

입력 단자를 제1 트랜지스터의 베이스 단자 및 제1 수동 소자의 일단 및 제3 수동 소자의 일단에 접속하고,

상기 제1 트랜지스터의 에미터 단자를 접지하고, 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자를 출력 단자 및 제2 트랜지스터의 베이스 단자 및 용량 소자의 일단 및 제2 수동 소자의 일단에 접속하고,

제1 수동 소자의 타단을 용량 소자의 타단에 접속하고, 제2 트랜지스터의 에미터 단자를 제3 수동 소자의 타단에 접속하고, 전원 단자를 제2 트랜지스터의 콜렉터 단자 및 제2 수동 소자의 타단에 접속하여 구성되고,

증폭기의 원하는 포화 레벨에 대응하도록 에미터 사이즈를 결정한 제1 트랜지스터의 임피던스에 대응하여 상기 제3 수동 소자의 임피던스값을 결정하고 입력 임피던스를 정합하는 광대역 저잡음 증폭기.
제1항에 있어서, 제3 수동 소자로서 저항 소자, 가변 저항 소자, 인덕터 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용하는 광대역 저잡음 증폭기.
제1항에 있어서, 제1 수동 소자로서 저항 소자, 가변 저항 소자 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용하는 광대역 저잡음 증폭기.
제1항에 있어서, 제2 수동 소자로서 저항 소자, 인덕터 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용하는 광대역 저잡음 증폭기.
입력 단자를 제1 트랜지스터의 베이스 단자 및 제1 수동 소자의 일단 및 제5 수동 소자의 일단에 접속하고,

제1 트랜지스터의 에미터 단자를 접지하고, 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자를 출력 단자 및 제2 트랜지스터의 베이스 단자 및 용량 소자의 일단 및 제2 수동 소자의 일단에 접속하고,

제1 수동 소자의 타단을 용량 소자의 타단에 접속하고, 제2 트랜지스터의 에미터 단자를 제4 수동 소자의 일단에 접속하고, 전원 단자를 제2 트랜지스터의 콜렉터 단자 및 제2 수동 소자의 타단에 접속하고,

제4 수동 소자의 타단을 제5 수동 소자의 타단 및 제6 수동 소자의 일단에 접속하고, 제6 수동 소자의 타단을 접지하여 구성되고,

증폭기의 원하는 포화 레벨에 대응하도록 에미터 사이즈를 결정한 제1 트랜지스터의 임피던스에 대응하여 제4 수동 소자 및 제6 수동 소자 각각의 임피던스값, 혹은 제5 수동 소자의 임피던스값을 결정하고, 또는 제4 수동 소자, 제5 수동 소자 및 제6 수동 소자의 임피던스값을 결정하여 입력 임피던스를 정합하는 광대역 저잡음 증폭기.
제5항에 있어서, 제4 수동 소자로서 저항 소자, 가변 저항 소자, 인덕터 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용하는 광대역 저잡음 증폭기.
제5항에 있어서, 제5 수동 소자로서 저항 소자, 가변 저항 소자, 인덕터 중 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용하는 광대역 저잡음 증폭기.
제5항에 있어서, 제6 수동 소자로서 저항 소자, 가변 저항 소자, 인덕터 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용하는 광대역 저잡음 증폭기.
제5항에 있어서, 제1 수동 소자로서 저항 소자, 가변 저항 소자 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용하는 광대역 저잡음 증폭기.
제5항에 있어서, 제2 수동 소자로서 저항 소자, 인덕터 중 어느 하나, 혹은 여러 개의 소자를 직렬로 접속한 회로를 사용하는 광대역 저잡음 증폭기.
입력 단자를 제1 트랜지스터의 베이스 단자 및 제1 수동 소자의 일단 및 제5 수동 소자의 일단에 접속하고,

제1 트랜지스터의 에미터 단자를 접지하고, 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자를 출력 단자 및 제2 트랜지스터의 베이스 단자 및 용량 소자의 일단 및 제2 수동 소자의 일단에 접속하고,

제1 수동 소자의 타단을 용량 소자의 타단에 접속하고,

제2 트랜지스터의 에미터 단자를 제5 수동 소자의 타단 및 제6 수동 소자의 일단에 접속하고, 전원 단자를 제2 트랜지스터의 콜렉터 단자 및 제2 수동 소자의 타단에 접속하고,

제6 수동 소자의 타단을 접지하여 구성되고,

증폭기의 원하는 포화 레벨에 대응하도록 에미터 사이즈를 결정한 제1 트랜지스터의 임피던스에 대응하여 제5 및 제6 수동 소자 중의 적어도 하나의 수동 소자의 임피던스값을 결정하고 입력 임피던스를 정합하는 광대역 저잡음 증폭기.
에미터 단자가 접지되고 베이스 단자가 입력 단자에 접속되고, 출력 단자가 콜렉터 단자에 접속된 제1 트랜지스터,

상기 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자에 일단이 접속되고, 상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 타단이 접속된 부궤환 회로,

전원 단자에 일단이 접속되고, 상기 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자에 타단이 접속된 제2 수동 소자,

전원 단자 및 상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자 사이에 끼워진 바이어스 회로를 가지고,

증폭기의 원하는 포화 레벨에 대응하도록 에미터 사이즈를 결정한 상기 제1 트랜지스터의 임피던스에 대응하여 상기 바이어스 회로의 임피던스값을 결정하고 입력 임피던스를 정합하는 광대역 저잡음 증폭기.
제12항에 있어서, 상기 바이어스 회로가,

베이스 단자가 상기 출력 단자에 접속되고 콜렉터 단자가 전원 단자에 접속된 제2 트랜지스터,

상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 일단이 접속되고 상기 제2 트랜지스터의 에미터 단자에 타단이 접속된 제3 수동 소자,

로 구성되는 광대역 저잡음 증폭기.
제13항에 있어서, 상기 제3 수동 소자가,

상기 제2 트랜지스터의 에미터 단자에 일단이 접속된 제4 수동 소자, 및

상기 제4 수동 소자의 타단에 일단이 접속되고 상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 타단이 접속된 제5 수동 소자로 구성되는 광대역 저잡음 증폭기.
제14항에 있어서, 상기 제4 수동 소자의 타단에 일단이 접속되고 타단이 접지된 제6 수동 소자를 더 가진 광대역 저잡음 증폭기.
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부궤환 회로가,

상기 제1 트랜지스터의 콜렉터 단자에 일단이 접속된 용량 소자, 및

상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 일단이 접속되고 상기 용량 소자의 타단에 타단이 접속된 제1 수동 소자로 구성되는 광대역 저잡음 증폭기.