KR19980029869A - 고주파용 저잡음증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선통신용 단말기 등에 있어서 안테나를 통해 수신되는 고주파신호를 저잡음증폭하는데 사용되는 저잡음증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)에 관한 것이다.

본 발명에 따른 고주파용 저잡음증폭기는 입력되는 교류신호가 베이스측에 결합되고 그 컬렉터측이 출력단에 결합된 교류증폭용 트랜지스터를 구비하고, 상기 교류증폭용 트랜지스터는 에미터가 접지되면서, 그 컬렉터와 출력단과의 접속노드는 정전류원을 통해서 전원전압에 결합되어 구성된 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명에 의하면 입력 교류신호를 증폭하기 위한 트랜지스터의 컬렉터측에 정전류원이 설치되어 컬렉터전류가 항상 일정한 값으로 유지되게 되므로 온도특성이 안정화되고, 상기 교류증폭용 트랜지스터의 에미터와 접지사이가 단락되어 인덕턴스성분을 포함하지 않게 되므로 고주파특성이 대폭 향상되게 된다.

Description

고주파용 저잡음증폭기

본 발명은 무선통신용 단말기에 사용되는 저잡음증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)에 관한 것으로, 특히 고주파신호의 증폭에 적합한 고주파용 저잡음증폭기에 관한 것이다.

일반적으로 무선통신용 단말기에 있어서는 수신단에 안테나를 통해 수신된 신호를 증폭하기 위한 저잡음증폭기를 사용하게 된다.

도 1은 상기한 무선통신용 단말기에 사용되는 저잡음증폭기의 구성을 나타낸 구성도로, 이는 전원전압(Vcc)과 접지사이에 저항(R1, R2)이 직렬접속되면서 이 저항(R1, R2)의 접속노드에 트랜지스터(TR1)의 베이스가 접속된다. 또한, 상기 트랜지스터(TR1)의 컬렉터와 전원전압(Vcc)사이에 바이어스용 저항(R3)이 접속되고, 그 에미터와 접지 사이에는 저항(R4) 및 바이패스 콘덴서(C1)가 병렬로 결합되어 있다.

그리고, 상기 저항(R1, R2)의 접속노드에 수신된 교류신호가 결합되면서, 상기 저항(R3)과 트랜지스터(TR1)의 컬렉터와의 접속노드가 커플링 콘덴서(C2)를 통해서 출력단(Vout)에 결합된 구성으로 되어 있다.

상기한 구성으로 된 저잡음증폭기에 있어서는 트랜지스터(TR1)의 베이스에 결합되어 있는 저항(R1, R2)의 저항비에 의해 트랜지스터(TR1)의 동작조건이 설정되고, 또 그 컬렉터에 결합되어 있는 저항(R3)과 에미터에 결합되어 있는 저항(R4)의 저항비에 의해 입력신호에 대한 증폭도가 결정되게 된다.

그리고, 바이패스 콘덴서(C1)에 의해 출력단(Vout)을 통해 출력되는 출력신호의 노이즈성분이 억제되고, 특히 트랜지스터(TR1)의 에이터와 접지사이에 결합되어 있는 저항(R4)에 의해 온도에 따른 출력전압의 변동이 억제되어 안정적인 증폭동작을 보장하게 된다.

즉, 일반적으로 트랜지스터에 있어서는 베이스측으로 인가되는 베이스전류를 , 컬렉터-에미터간의 전류를 I_C라 할 때,

로 표시되는데, 일반적으로 트랜지스터에 있어서는 온도가 증가하게 되면 온도에 비례하여 그 전류증폭률()이 증가하게 되므로, 상기 식에서 알 수 있는 바와 같이 온도가 증가하게 되면 컬렉터전류()가 증가하게 됨으로써 결국 온도에 따라 출력전압이 변동되게 된다.

그러나, 상술한 저잡음증폭기에 있어서는 컬렉터전류()가 증가하여 저항(R4)을 통해서 흐르는 전류가 증가하게 되면 저항(R4)에 걸리는 전압이 증가하게 되고, 이와 같이 저항(R4)에 걸리는 전압이 커지게 되면 트랜지스터(TR1)의 베이스로부터 에미터 측으로 흐르는 베이스전류()가 감소되게 됨으로써 그 컬렉터전류()는 항상 일정하게 유지되게 된다.

즉, 온도의 변화에 따른 출력전압의 변동이 억제되게 된다.

그런데, 상술한 저잡음증폭기에 있어서는 다음과 같은 문제가 있게 된다.

즉, 최근 무선통신방식이 주된 통신방식으로서 자리를 잡아가면서 주파수자원의 한정성으로 인하여 사용 주파수가 점차 고주파 쪽으로 이동하고 있다. 그런데, 상술한 저잡음증폭기를 고주파환경에서 사용하게 되면 트랜지스터(TR1)의 에미터측에 결합되어 있는 저항(R4)이 인덕터로서 기능하게 됨으로써 저항(R4)과 콘덴서(C1)가 LC공진회로를 구성하게 되고, 또한 이러한 LC공진회로가 발진을 하게 됨으로써 회로동작이 불안정해질 우려가 있게 된다.

이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 고주파환경에 적합한 저잡음증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 저잡음증폭기의 구성을 나타낸 회로구성도.

도 2는 본 발명의 기본적인 개념을 설명하기 위한 개념도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파용 저잡음증폭기의 구성을 나타낸 회로구성도.

**** 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명****

R1~R8 : 저항, C1 : 커플링 콘덴서,

C1, C3, C4 : 바이패스 콘덴서, TR1, TR2 : 트랜지스터,

Vcc : 전원전압, Vin : 입력신호,

D1 : 다이오드, L1, L2 : 초크코일,

20 : 정전류원.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 고주파용 저잡음증폭기는 입력되는 교류신호가 베이스측에 결합되고 그 컬렉터측이 출력단에 결합된 교류증폭용 트랜지스터를 구비하고, 상기 교류증폭용 트랜지스터는 에미터가 접지되면서, 그 컬렉터와 출력단과의 접속노드는 정전류원을 통해서 전원전압에 결합되어 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 입력 교류신호를 증폭하기 위한 트랜지스터의 컬렉터측에 정전류원이 설치되어 컬렉터전류가 항상 일정한 값으로 유지되게 되므로 온도특성이 안정화되게 된다.

그리고, 상기 교류증폭용 트랜지스터의 에미터와 접지사이가 단락되어 인덕턴스성분을 포함하지 않게 되므로 고주파특성이 대폭 향상되게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.

우선, 도 2를 참조하여 본 발명의 기본적인 개념을 설명한다.

도 2에 나타낸 저잡음증폭기에 있어서는 입력되는 교류신호(Vin)가 트랜지스터(TR1)의 베이스에 결합되고, 이 트랜지스터(TR1)의 에미터는 접지되면서 컬렉터는 정전류원(20)을 통해서 전원전압(Vcc)에 결합되어 있다. 그리고, 상기 정전류원(20)과 트랜지스터(TR1)의 컬렉터와의 결합노드가 커플링 콘덴서(C2)를 통해서 출력단(Vout)에 결합되어 있다.

상기한 구성에 있어서는 트랜지스터(TR1)의 에미터가 도 1에서의 저항(R4)이나 콘덴서(C1)를 통하지 않고 바로 접지되어 있다.

따라서, 도 1에서 설명한 바와 같이 저항(R4)과 콘덴서(C1)에 의해 이루어지는 LC공진회로가 존재하지 않게 되므로 고주파신호에 의한 발진현상이 발생되지 않게 된다.

한편, 상기와 같이 트랜지스터(TR1)의 에미터를 바로 접지하게 되면 온도의 변동에 따른 전류증폭률()의 변동에 의해 출력전압이 변동될 수 있게 된다.

그러나, 도 2의 구성에 있어서는 트랜지스터(TR1)의 컬렉터측에 온도의 변동시에도 일정한 전류를 공급하는 정전류원(20)이 설치되어 있기 때문에 컬렉터-에미터간에 흐르는 컬렉터전류()가 항상 일정하게 유지되게 된다.

따라서, 온도의 변동에 따른 출력특성의 변동이 발생되지 않게 된다.

한편, 도 3은 상술한 개념을 실현한 본 발명의 일실시예에 따른 고주파용 저잡음증폭기의 구성을 나타낸 회로구성도이다.

도 3에 있어서는 상술한 도 2와 마찬가지로 입력되는 교류신호(Vin)가 트랜지스터(TR1)의 베이스에 결합되고, 이 트랜지스터(TR1)의 에미터는 접지되면서 컬렉터는 정전류원(20)을 통해서 전원전압(Vcc)에 결합되면서 컬렉터와 정전류원(20)의 사이에는 교류성분을 차단하기 위한 초크코일(L2)이 설치되어 있다. 그리고, 상기 정전류원(20)과 트랜지스터(TR1)의 컬렉터와의 결합노드가 커플링 콘덴서(C2)를 통해서 출력단(Vout)에 결합되어 있다.

한편, 도 3에서 상기 정전류원(20)은 전원전압(Vcc)와 상기 초크코일(L2)의 사이에 저항(R5)과 트랜지스터(TR2)의 컬렉터-에미터간의 전류통로 및 저항(R6)이 직렬로 접속되고, 또 전원전압(Vcc)과 접지사이에 저항(R7)과 다이오드(D1) 및 저항(R8)이 직렬로 접속되면서 상기 저항(R7)과 다이오드(D1)의 접속노드에 상기 트랜지스터(TR2)의 베이스가 결합되며, 상기 전원전압(Vcc)과 저항(R7)의 접속노드 및 상기 저항(R7)과 다이오드(D1)의 접속노드와 접지사이에는 각각 바이패스 콘덴서(C3)(C4)가 접속된 구성으로 되어 있다.

그리고, 상기 전원전압(Vcc)과 트랜지스터(TR1)의 베이스 사이에는 바이어스용 저항(R5)과 초크코일(L1)이 결합되어 있다.

여기서, 상기 정전류원(20)에 있어서는 트랜지스터(20)와 다이오드(D1)의 온도특성이 동일하게 설정된다.

즉, 상기 정전류원(20)에 있어서는 예컨대 온도가 증가하여 트랜지스터(TR2)의 전류증폭률()이 증가하게 되면 트랜지스터(TR2)의 베이스전류()가 증가되면서 컬렉터전류()가 증가하게 되는데, 이때 상기 트랜지스터(TR2)의 베이스와 접지사이에 접속된 다이오드(D1)의 내부저항값도 저하되어 다이오드(D1)를 통해서 흐르는 전류치도 증가되게 됨으로써 트랜지스터(TR2)의 베이스측으로 흐르는 베이스전류()는 감소되게 된다.

따라서, 트랜지스터(TR2)의 베이스전류()가 온도에 관계없이 일정하게 유지되게 됨으로써 온도특성이 안정되게 된다.

즉, 상술한 저잡음증폭기 있어서는 입력신호(Vin)를 증폭하기 위한 트랜지스터(TR1)의 컬렉터전류가 항상 일정한 값으로 유지되게 되므로 온도특성이 안정화되게 된다.

그리고, 상기 트랜지스터(TR1)의 에미터와 접지사이가 단락되어 인덕턴스성분을 포함하지 않게 되므로 고주파특성이 대폭 향상되게 된다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 고주파환경에 적합한 저잡음증폭기를 실현할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 입력되는 교류신호가 베이스측에 결합되고 그 컬렉터측이 출력단에 결합된 교류증폭용 트랜지스터를 구비하고,

   상기 교류증폭용 트랜지스터는 에미터가 접지되면서, 그 컬렉터와 출력단과의 접속노드는 정전류원을 통해서 전원전압에 결합되어 구성된 것을 특징으로 하는 고주파용 저잡읍증폭기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 정전류원은 전원전압과 상기 교류증폭용 트랜지스터의 컬렉터의 사이에 컬렉터-에미터간의 전류통로가 접속된 바이어스용 트랜지스터와, 이 바이어스용 트랜지스터와 접지사이에 결합된 다이오드를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고주파용 저잡음증폭기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 정전류원과 상기 교류증폭용 트랜지스터의 컬렉터와의 사이에는 교류겅분을 차단하기 위한 초크코일이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파용 저잡음증폭기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 교류증폭용 트랜지스터의 베이스에는 초크코일을 통해서 전원전압이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파용 저잡음증폭기.