KR20040029617A - 전력 증폭기의 바이어스 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력 증폭기의 바이어스 회로에 관한 것으로서, 외부 동작 전원 및 바이어스 전원과 연결되어 전력 증폭기로 바이어스를 공급하는 바이어스 인가부와, 상기 전력 증폭기로 공급되는 바이어스 전류가 온도 변화에 따라 증가 또는 감소되는 것을 방지하는 온도 보상부와, 상기 바이어스 인가부의 입력 및 출력 임피던스를 증가시키는 입력 및 출력 임피던스부를 포함하여 구성되고, 상기 외부 동작 전원측에서 상기 바이어스 인가부측으로 바라본 임피던스가 상기 입력 임피던스부에 의해 증가되어 상기 외부 동작 전원의 변화에 의해 상기 바이어스 인가부에서 공급되는 바이어스 전류가 변화되는 것을 방지하는 동시에 상기 전력 증폭기측에서 상기 바이어스 인가부측으로 바라본 바이어스 인가부의 출력 임피던스가 상기 출력 임피던스부에 의해 증가되어 상기 전력 증폭기로 바이어스 회로에 의한 영향이 미치는 것을 사전에 방지하여 상기 전력 증폭기로 안정적인 바이어스가 공급될 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

전력 증폭기의 바이어스 회로{ Bias circuit for power amplifier }

본 발명은 전력 증폭기의 바이어스 회로에 관한 것으로서, 특히 외부 동작전원에 의해 동작하는 전력 증폭기의 바이어스 회로에서 상기 외부 동작 전원의 변화에 따라 바이어스가 변화하는 것을 방지하는 전력 증폭기의 바이어스 회로에 관한 것이다.

일반적으로 전력 증폭기는 증폭기의 일종으로 부하에 전력을 공급하는 것을 목적으로 하는 것고, 보통 증폭회로의 최종단에 위치하므로 종단 증폭기라 하며, 취급 주파수에 따라 저주파 전력 증폭기와 고주파 전력 증폭기로 나뉜다.

전력 증폭기는 일그러짐이 적고, 효율적으로 전력을 부하에 공급할 수 있는 것이 중요하기 때문에 트랜지스터 증폭기에서는 전력(Power) 트랜지스터가 사용된다.

도 1 은 종래의 기술에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로가 도시된 회로도로써, 외부 동작 전원(2)과 연결되며 전력 트랜지스터(Q1)를 포함하여 이루어지는 전력 증폭기(10)에 바이어스를 인가하는 바이어스 인가부(20)와, 상기 바이어스 인가부(20)로부터 공급되는 바이어스 전류가 온도의 변화에 따라 증가 또는 감소되는 것을 방지하는 온도 보상부(30)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 바이어스 인가부(20)는 전력 트랜지스터(Q1)의 베이스(base)와 저항(R1)을 통해 연결되는 에미터(emitter)를 가진 제 1 트랜지스터(Q2)와, 상기 제 1 트랜지스터(Q2)의 베이스와 연결되는 베이스를 가진 제 2 트랜지스터(Q3)를 포함하여 구성되고, 상기 제 2 트랜지스터(Q3)의 컬렉터는 상기 전력 증폭기(10)로 바이어스를 공급하는 바이어스 전원(4)과 저항(R2)을 통해 연결된다.

또한, 상기 제 2 트랜지스터(Q3)의 베이스와 컬렉터가 연결되어 있어, 상기제 1 및 제 2 트랜지스터(Q2, Q3)는 커런트 미러(current mirror)를 형성하게 된다.

한편, 상기 전력 트랜지스터(Q1)의 컬렉터와 제 1 트랜지스터(Q2)의 컬렉터가 상기 외부 동작 전원(2)과 연결되는데, 상기 외부 동작 전원(2)은 상기 전력 트랜지스터(Q1)와 제 1 트랜지스터(Q2)에 동작 전원을 공급하게 된다.

또한, 상기 온도 보상부(30)는 상기 바이어스 전원(4)과 저항(R3)를 통해 연결되는 컬렉터와 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q2, Q3)의 에미터와 연결되는 베이스를 가진 제 3 트랜지스터(Q4)와, 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q2, Q3)의 에미터 사이에 연결되는 저항(R4)으로 구성되어, 상기 바이어스 인가부(20)의 바이어스 전류가 온도 변화에 따라 증가 또는 감소되는 것을 방지하게 된다.

그러나, 상기와 같이 구성되는 종래의 기술에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로는 이동 통신 단말기의 배터리와 같은 외부 동작 전원(2)은 3.2V 내지 4.2V 범위에서 상기 외부 동작 전원(2)이 변화하게 되고, 그로 인해 상기 전력 증폭기(10)로 인가되는 바이어스 전류의 변화가 심하여 정전원 바이어스가 구현되지 않아 상기 전력 증폭기(10)로의 안정적인 바이어스를 공급하는데 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 전력 증폭기의 바이어스 회로에 동작 전원을 공급하는 외부 동작 전원의 변화에 따라 상기 전력 증폭기로 인가되는 바이어스 전류가 변화되는 것이 방지될수 있도록 바이어스 회로의 입력 임피던스를 증가시키는 동시에 상기 전력 증폭기 상기 바이어스 회로의 영향이 미치는 것이 방지될 수 있도록 상기 바이어스 회로의 출력 임피던스를 증가시킴으로써 상기 전력 증폭기로 안정적인 바이어스가 인가되도록 하는 전력 증폭기의 바이어스 회로를 제공하는데 있다.

도 1 은 종래의 기술에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로가 도시된 회로도,

도 2 는 본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로의 제 1 실시예가 도시된 회로도,

도 3 은 본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로의 제 2 실시예가 도시된 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

41 : 외부 동작 전원42 : 바이어스 전원

50 : 전력 증폭기60 : 바이어스 인가부

70 : 온도 보상부80 : 임피던스부

81 : 입력 임피던스부82 : 출력 임피던스부

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로의 특징에 따르면, 외부 동작 전원 및 바이어스 전원과 연결되어 전력 증폭기로 바이어스 전류를 인가하는 바이어스 인가부와, 상기 바이어스 전류가 온도 변화에 따라 증가 또는 감소되는 것을 방지하는 온도 보상부와, 상기 바이어스 인가부내에 형성되어 상기 바이어스 인가부의 입력 및 출력 임피던스가 증가되도록 하는 임피던스부를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로는 도 2 에 도시된 바와 같이, 외부 동작 전원(41)과 연결되며 전력 트랜지스터(Q5)를 포함하여 이루어지는 전력 증폭기(50)로 바이어스를 공급하는 바이어스 인가부(60)와, 상기 바이어스 인가부(60)에서 공급되는 바이어스 전류가 온도의 변화에 따라 증가 또는 감소되는 것을 방지하는 온도 보상부(70)와, 상기 바이어스 인가부(60) 내에 형성되어 상기바이어스 인가부(60)의 입력 및 출력 임피던스가 증가되도록 하는 임피던스부(80)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 바이어스 인가부(60)는 상기 외부 동작 전원(41)에 의해 동작하며, 상기 전력 트랜지스터(Q5)의 베이스와 저항(R5)을 통해 연결되는 에미터를 가진 제 1 트랜지스터(Q6)와, 상기 트랜지스터(Q6)의 베이스와 연결되는 베이스를 가진 제 2 트랜지스터(Q7)를 포함하여 구성되고, 상기 제 2 트랜지스터(Q7)는 바이어스가 공급되는 바이어스 전원(42)과 컬렉터가 저항(R6)을 통해 연결된다.

또한, 상기 제 1 트랜지스터(Q6)의 베이스와 컬렉터가 연결되어 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q6, Q7)는 커런트 미러를 형성하게 된다.

한편, 상기 온도 보상부(70)는 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q6, Q7)의 에미터와 연결되는 베이스를 가진 제 3 트랜지스터(Q8)와, 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q6, Q7)의 에미터 사이에 연결되는 저항(R8)을 포함하여 구성되고, 상기 제 3 트랜지스터(Q8)의 컬렉터는 저항(R7)을 통해 상기 바이어스 전원(42)과 연결된다.

특히, 상기 온도 보상부(70)는 상기 바이어스 인가부(60)에서 전력 증폭기(50)로 공급되는 바이어스 전류가 온도의 변화에 따라 증가 또는 감소되는 것을 방지하여 온도가 변화되더라도 안정적인 바이어스 전류가 상기 전력 증폭기(50)에 공급되도록 한다.

즉, 온도가 상승하여 상기 바이어스 인가부(60)에서 상기 전력 증폭기(50)로 공급되는 전류가 증가하게 되면 상기 제 3 트랜지스터(Q8)의 베이스로 공급되는 전류가 증가하게 된다. 이때, 상기 제 3 트랜지스터(Q8)의 베이스 전류가 증가하게되면 상기 제 3 트랜지스터(Q8)의 컬렉터에 흐르는 전류도 증가되어 상기 바이어스 전원(42)에서 상기 바이어스 인가부(60)로 인가되는 전류가 감소되어 바이어스 전류가 감소하게 되는 것이다.

또한, 온도가 하강하여 상기 바이어스 전류가 감소하게 되면 상기 제 3 트랜지스터(Q8)의 베이스로 공급되는 전류도 감소하게 되고, 이로 인해 상기 제 3 트랜지스터(Q8)의 컬렉터에 흐르는 전류도 감소하게 되므로 상기 바이어스 전원(42)을 통해 상기 바이어스 인가부(60)로 인가되는 전류가 증가되는 동시에 상기 바이어스 전류도 증가하게 되는 것이다.

그리고, 상기 온도 보상부(70)는 상기 제 3 트랜지스터(Q8) 대신에 다이오드를 사용할 수 있으며, 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 트랜지스터(Q8)의 베이스와 컬렉터를 연결하여 다이오드 역할을 수행하도록 할 수 있다.

한편, 상기 임피던스부(80)는 상기 바이어스 인가부(60)의 입력 임피던스가 증가되도록 하는 입력 임피던스부(81)와, 상기 바이어스 인가부(60)의 출력 임피던스가 증가되도록 하는 출력 임피던스부(82)로 구성된다.

여기서, 상기 입력 임피던스부(81)는 상기 제 1 트랜지스터(Q6)의 컬렉터와 연결되는 에미터를 가진 제 4 트랜지스터(Q9)로 구성되고, 상기 제 4 트랜지스터(Q9)의 컬렉터는 상기 외부 동작 전원(41)과 저항(R9)을 통해 연결된다.

또한, 출력 임피던스부(82)는 상기 제 1 및 제 4 트랜지스터(Q6, Q9)의 베이스에 각각 병렬 연결되는 제 1 및 제 2 캐패시터(C1, C2)로 구성되어 상기 바이어스 회로가 전력 증폭기(50)에 미치는 영향을 방지하게 된다.

상기와 같이 구성된 전력 증폭기의 바이어스 회로는 상기 외부 동작 전원에 의해 상기 바이어스 인가부(60)측으로 인가되는 전류를라 하고, 상기 바이어스 인가부(60)에서 전력 증폭기(50)로 인가되는 전류를라 하고, 상기 바이어스 전원(42)에서 바이어스 인가부(60)측으로 인가되는 전류를라 할 경우 상기및는 수학식 1 과 같이 계산된다.

여기서, 상기 B 는 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q6, Q7)와 제 4 트랜지스터(Q9)의 DC gain을 의미한다.

또한,는 수학식 2 와 같이 계산된다.

한편, 상기 외부 동작 전원(41)측에서 상기 바이어스 인가부(60)측으로 바라본 저항을이라 하고, 상기 제 4 트랜지스터(Q9)의 DC gain을 B 라 할 경우 상기은 수학식 3 과 같이 계산된다.

여기서, 상기는이며, 상기는 임계전압(early voltage)이며는 상기 제 4 트랜지스터(Q9)의 컬렉터 전류를 의미한다.

그리고, 상기 전력 증폭기(50)측에서 바이어스 인가부(60)측으로 바라본 저항을라 하고, 상기 제 1 및 제 2 캐패시터(C1, C2)의 캐패시턴스를 각각및라 하면 상기는에 비례하게 되어 상기 제 1 및 제 2 캐패시터의 캐패시턴스및가 증가할수록 전력 증폭기(50)측에서 바이어스 인가부(60)측으로 바라본 저항가 증가하게 되어 상기 바이어스 회로에 의한 영향이 상기 전력 증폭기(50)에 미치는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로는 먼저, 상기 외부 동작 전원(41)에서 상기 바이어스 인가부(60) 및 전력 증폭기(50)로 동작 전원이 공급된다.

이때, 상기 바이어스 전원(42)에서 바이어스가 공급되면 상기 바이어스 인가부(60)에서 상기 전력 증폭기(50)로 바이어스를 공급하게 된다.

여기서, 상기 바이어스 인가부(60)에서 공급되는 바이어스 전류가 온도변화에 따라 증가 또는 감소되는 것이 상기 온도 보상부(70)에 의해 방지될뿐만 아니라, 상기 입력 임피던스부 및 출력 임피던스부(81, 82)에 의해 상기 바이어스 인가부(60)의 입력 및 출력 임피던스가 증가하게 되어 상기 외부 동작 전원(41)의 변화에 의해 상기 바이어스 전류가 변화되는 것이 방지되는 동시에 상기 바이어스 회로가 상기 전력 증폭기(50)에 미치는 영향을 사전에 방지할 수 있기 때문에 상기 전력 증폭기로 상기 외부 동작 전원과는 무관하게 안정적인 바이어스를 공급할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로는 외부 동작 전원 및 바이어스 전원과 연결되어 전력 증폭기로 바이어스를 공급하는 바이어스 인가부와, 상기 전력 증폭기로 공급되는 바이어스 전류가 온도 변화에 따라 증가 또는 감소되는 것을 방지하는 온도 보상부와, 상기 바이어스 인가부의 입력 및 출력 임피던스를 증가시키는 입력 및 출력 임피던스부를 포함하여 구성되고, 상기 외부 동작 전원측에서 상기 바이어스 인가부측으로 바라본 임피던스가 상기 입력 임피던스부에 의해 증가되어 상기 외부 동작 전원의 변화에 의해 상기 바이어스인가부에서 공급되는 바이어스 전류가 변화되는 것을 방지하는 동시에 상기 전력 증폭기측에서 상기 바이어스 인가부측으로 바라본 바이어스 인가부의 출력 임피던스가 상기 출력 임피던스부에 의해 증가되어 상기 전력 증폭기로 바이어스 회로에 의한 영향이 미치는 것을 사전에 방지하여 상기 전력 증폭기로 안정적인 바이어스가 공급될 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 외부 동작 전원 및 바이어스 전원과 연결되어 전력 증폭기로 바이어스를 인가하는 바이어스 인가부와,

   상기 바이어스 전류가 온도 변화에 따라 증가 또는 감소되는 것을 방지하는 온도 보상부와,

   상기 바이어스 인가부내에 형성되어 상기 바이어스 인가부의 입력 및 출력 임피던스가 증가되도록 하는 임피던스부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 바이어스 회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 바이어스 인가부는 에미터(emitter)가 상기 전력 증폭기와 저항을 통해 연결되는 제 1 트랜지스터와, 상기 제 1 트랜지스터의 베이스(base)와 연결되는 베이스를 가진 제 2 트랜지스터로 구성되고,

   상기 제 2 트랜지스터의 베이스와 컬렉터가 연결되어 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터는 커런트 미러(current mirror)를 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 바이어스 회로.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 온도 보상부는 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터의 에미터와 연결되는 베이스를 가진 제 3 트랜지스터를 포함하여 구성되고,

   상기 제 3 트랜지스터의 컬렉터는 상기 바이어스 전원과 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 바이어스 회로.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 임피던스부는 상기 바이어스 인가부의 입력 임피던스가 증가 되도록 하는 입력 임피던스부와, 상기 바이어스 인가부의 출력 임피던스가 증가 되도록 하는 출력 임피던스부로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 바이어스 회로.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 입력 임피던스부는 상기 제 1 트랜지스터의 컬렉터와 연결되는 에미터와 상기 제 2 트랜지스터의 컬렉터와 연결되는 베이스를 가진 제 4 트랜지스터를 포함하여 구성되고,

   상기 제 4 트랜지스터의 컬렉터는 상기 외부 동작 전원과 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 바이어스 회로.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 출력 임피던스부는 상기 제 1 트랜지스터 및 제 4 트랜지스터의 베이스에 병렬 연결되는 제 1 및 제 2 캐패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 바이어스 회로.