KR900007920B1 - 고임피던스 마이크로폰용 집적회로 증폭기 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

고임피던스 마이크로폰용 집적회로 증폭기
제1도는 본 발명의 블럭선도.
제2도는 본 발명의 개략적 실시도.
제3도는 결합회로의 입력 바이어스회로에 대한 상세도.
제4도는 제3도의 입력 바이어스 회로에 대한 소신호저항.
제5도는 본 발명에 의한 접적 회로의 상세한 실시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 엘렉트릿 셀 101a,101b : 결합회로
102 : 이득공급회로 103 : 직류 기준 전압원
301,302 : 입력 바이어스 회로 Q2 : 결합 다이오드
Q20,Q21 : 입력 바이어스 다이오드
본 발명은 고임피던스 신호원에 의해 작동되는 증폭기를 구비한 회로에 관한 것이다.
정전기 전하를 영구히 유지시키는 플라스틱 유전 물질을 이용하며 분산된 트랜지스터 증폭기에 의해 작동시키기 위해 충분히 낮은 출력임피던스를 나타내는 엘렉트릿 마이크로폰이 얼마간 사용되었다. 엘렉트릿 마이크로폰이 축소됨에 따라 커패시턴스가 감소되고, 소형 엘렉트릿 마이크로폰이 종래의 증폭기를 구동시키기에는 너무 큰 임피던스를 가지기 때문에 분산된 트랜지스터 증폭기를 LSI 증폭기로 대체하여 엘렉트릿 마이크로폰 및 증폭기 패키지를 소형화하는 것이 불가능했다. 실시예에 있어서, 저주파 차단주파수를 100Hz로 하기 위해서 최소 200pF의 커패시턴스를 나타내는 마이크로폰이 사용되어야 하며, 소형 엘렉트릿 마이크로폰은 단지
Figure kpo00002
의 커패시턴스를 나타낸다. 엘렉트릿 마이크로폰의 정상적 상향전이 저주파수를 공급하기 위해 증폭기 압력저항은 마이크로폰 커패시턴스와 역으로 변해야 한다.
두개의 결합회로와 함께 증폭회로를 제공함으로써 본 발명은 종래 기술의 문제점을 극복한다. 각각의 결합회로는 에미터 폴로워 구성내에 배치되는 쌍극트랜지스터와 수반되는 소스폴로워로서 구성되는 단극성 트랜지스터를 포함하는 변환기 임피던스 두단을 제공한다. 하나의 결합회로는 입력단으로서 엘렉트릿 마이크로폰에 연결된다. 또 다른 결합회로는 입력단의 중복이지만 엘렉트릿 마이크로폰의 커패시턴스와 비슷하고다른 증폭 및 결합회로 소자와 함께 집적될 수 있을 만큼 작은 고정된 커패시터를 포함한다. 중복 결합회로는 입력단과 중복 결합회로간의 출력차가 엘렉트릿 마이크로폰의 교류저압이 되도록 입력 결합회로의 직류기준 전압에 매치하는 직류기준전압을 공급한다.
증폭기 회로는 매우 낮은 전압에서 동작할 수 있고 쌍극 트랜지스터 이득 변화에 무관한 정밀하게 제어된 전류전송비를 제공하는 제1 및 제2단극 트랜지스터를 가지는 정밀전류 리피터회로를 포함한다. 전류리피터회로는 결합단의 단극트랜지스터를 구동시킨다.
제1도에 있어서, 커패시터형 고임피던스 마이크로폰(100)용 집적회로 증폭기의 블럭선도가 도시된다. 커패시턴스형 고임피던스 마이크로폰에 대한 명세서 및 청구범위는 종래에 엘렉트릿 마이크로폰으로 알려진 것과 커패시턴스 마이크로폰을 구비하는 본 발명의 이용에 대해 언급하려 하며, 커패시턴스 마이크폰은 유전체가 영구히 충전되지 않는다는 점에서 엘렉트릿 마이크로폰과 다르다.
본 집적회로 증폭기는 커패시턴스형 마이크로폰(100)과 같은 고임피던스에 결합되는 중복 결합회로(101a),(101b)를 포함하는 결합수단을 포함한다. 마이크로폰(100)은 본 집적회로 증폭기와 동일한 패키지로 수용되는 소형 엘렉트릿 마이크로폰과 유사하다. 본 집적회로증폭기는 결합회로의 출력에 연결되는 이득 공급증폭기 회로(102)를 포함한다. 직류 기준 전압원(103)은 중복 결합회로(101a),(101b)의 다이오드 회로를 바이어스 하며, 기준 직류 전압을 이득 공급증폭회로(102)에 공급한다.
입력 결합회로(101a)는 일차로 임피던스 변환기능을 한다. 특히 제2도에 있어서, 결합회로(101)는 수백 메가오옴과 비슷한 역할을 할 수 있다. 용량성 마이크로폰(100)의 임피던스는 주파수와 함께 변화하므로 최적 실시를 위하여 결합회로가 관련된 주파수내에 용량성 마이크로폰에 의해 공급되는 최대 임피던스 보다 더 큰 임피던스를 공급해야 한다는 기술은 이미 잘 알려져 있다.
현존하는 물질에는 충전된 엘렉트릿 요소 사이에 생길 수 있는 격차에 대한 실제적인 하한이 있다.
엘렉트릿 마이크로폰의 제조법에 있어서, 엘렉트릿 셀의 영역이 감소됨에 따라 나타나는 커패시턴스도 감소되는 것을 이미 잘 알려져 있다. 마찬가지로, 현재 이용될 수 있는 엘렉트릿보다 작은 엘렉트릿은 훨씬 작은 커패시턴스를 나타내야 한다. 결론적으로, 이와같은 엘렉트릿을 매치시키는 증폭기의 최적 임피던스는 훨씬 커야 한다. 본 결합회로(101a)는 수백 메가오옴의 입력저항과
Figure kpo00003
킬로오옴의 출력저항을 제공하며,
반면에 단위 신호전압 이득을 제공한다.
결합회로(101a)는 결합회로(101b)에 의해 복제된다. 엘렉트릿
Figure kpo00004
(100)을 완전하게 균형잡기 위해서 결합회로(100b)는 엘렉트릿 셀의 등가 커패시턴스(Ceq) 및 결선의 표유 커패시턴스(Cs)와 동등한 커패시턴스 값을 포함한다. 완전히 균형잡힌 회로는 전력원 잡음 및 다른 잡음을 완화시킨다.
본 발명에 의한 결합회로(101a),(101b)는 이득 공급 증폭기회로(102)에 연결된다. 결합회로와 공동으로 증폭기(102)는 총 이득을 용량성 마이크로폰(100)의 출력에 공급하며, 반면에 전원 임피던스를 상당히 작은 값으로 감소시킨다.
제2도에 있어서, 제1도의 결합회로(101a),(101b)에 대한 단순화된 개략도가 도시된다. 같은 종류의 소자를 나타낼 수 있는 그림마다 같은 종류의 참고문자가 쓰였다. 또한, 참고문자의 제1디지트는 상기 소자가 첫째로 나타내는 것을 표시한다. 제2 및 수반되는 도면에 있어서, 전력원 및 소자극성은 PNP 트랜지스터를 NPN 트랜지스터로 대치할 때 역전되며 MOS 전계효과 트랜지스터가 사용되는 것처럼 N 채널 전계효과 트랜지스터가 도시된다.
결합회로(101a)는 용량성 마이크로폰(100)에 연결되는 입력단자(IN1),(IN2)를 포함한다. 단자(IN1),(IN2)에서 극단적인 고입력 저항은 용량성 마이크로폰회로(100)에 나타난다. 특히, 제3도의 입력 바이어스회로 소자하나를 포함하는 저정전류원(221)이 도시된다.
전류원(221)은 입력단자(IN1) 근처에 위치하는 다이오드(Q1),(Q2)를 구동시키기 위하여 공급된다. 기준전압원(103)은 다이오드(Q1),(Q2)를 바이어스 하기 위하여 노드(206)에서 직류 기준 전압 Vr을 공급한다. 다이오드(Q1),(Q2), 전류원(221) 및 노드(206)의 기준전압의 배치는 수백 메가오옴의 값을 가지는 저항기와 유사하다.
입력단자(IN1)는 단극 트랜지스터(J1)의 게이트에 연결된다. 단극 트랜지스터(J1)는 전류원(201)에 의해 구동된다. 트랜지스터(J1)는 쌍극트랜지스터(Q4)의 베이스에 연결되는 전력원을 가지는 제1임피던스 감소단을 제공한다.
쌍극 트랜지스터(Q4)는 만약 필요로 한다면 제2임피던스 감소단을 제공하는 에미터 폴로워로서 연결된다. 쌍극 트랜지스터(Q4)는 전류원(204)에 의해 바이어스 된다. 트랜지스터(Q4)와 전류원(204) 사이에는 결합회로를 이득 공급 증폭기 회로(102)에 연결시키는 노드(208)가 있다. 노드(208)의 정지전압은 직류 기준 전압원(103)(제1도)에 의해 제어된다.
다이오드(Q2)를 통하여 양극에서, 음극으로 전압이 강하함으로써 노드(206)의 기준전압은 고전압으로 상승된다. 마찬가지로 고전압은 노드.(212)에 나타나며, 트랜지스터(Q4)의 에미터-베이스 전압에 의해 전압이 강하한다. 따라서 노드(208)의 정지 직류 전압(V1)은 전류원(103)에 의해 노드(206)에 공급되는 기준전압을 직접 지나간다.
단자(IN1)에서 극단적인 고임피던스에 의해 마이크로폰(100)의 전기신호출력은 잡음의 영향을 받기 쉬우며, 특히 (213)에서 전력공급 잡음의 영향을 받기 쉽다. 잡음을 줄이고 잡음의 영향을 없애기 위하여 중복결합회로(101b)가 제공된다. 특히 마이크로폰(100)과 같은 것을 만들기 위하여 커패시터(C2)는 마이크로폰이 다이오드(Q1),(Q2)에 연결되는 것과 유사한 방법으로 대칭적인 다이오드(Q17),(Q18)에 연결된다.
커패시터(C2)의 값은 마이크로폰(100)의 등가 커패시턴스(Ceq) 및 표유 커패시턴스(Cs)와 같아지도록 선택되어야 한다. 결과적으로 다이오드(Q17),(Q18)의 중복 결합, 단극 트랜지스터(J3) 및 쌍극 트랜지스터(Q14)는 다이오드(Q1),(Q2), 단극 트랜지스터(J1) 및 쌍극 트랜지스터(Q4)를 포함하는 임피던스 변환회로와 완전히 균형을 이룬다.
기준 전압원회로(103)(제1)는 결합회로(101b)의 노드(206) 및 결합회로(101a)(제2도)에 도시된 동일노드에 기준전압 Vr을 공급한다.
노드(206)에 전압 Vr이 나타남으로써 결합회로(101a)의 경우와 같이 중복 결합회로(101b)의 노드(209)는 동일한 직류 바이어스 전압 V2를 이득공급증폭기 회로(102)에 공급한다. 노드(208),(209) 사이의 전압차는 마이크로폰(100)의 교류 출력 신호 전압이다. 노드(213)에 들어가는 잡음이나 결합회로(101a),(101b)에 나타나는 직류 전압표류는 노드(208),(209)에 증폭기(102)의 동상 입력신호로 나타난다. 이와같은 신호는 이득 공급회로(102)의 작동에 의해 증폭되지는 않는다.
증폭된 이득공급회로(102)는 상보형 쌍극 집적회로(CBIC) 연산 증폭기(210)를 포함한다. CBIC 연산 증폭기는 저항기(R22)에 의해 노드(208)에 연결되고, 저항기(R23)에 의해 노드(209)에 연결된다. 저항기(R24)대 저항기(R23)의 비는 이득공급 증폭기 회로(102)의 단락루프 이득을 제어한다.
마이크로폰(100)의 증폭된 출력신호는 접지단자(OT2)에 대하여 단자(OT1)에 공급된다. CBIC 연산 증폭기가 상기와 같이 작동되는 반면, 결합회로(101a),(101b)에 필요한 디자인이 변경되면 공지된 다른 집적회로 증폭기는 CBIC 연산증폭기 대신에 쓰인다.
제3도에 있어서, 결합회로(101a),(101b)용 입력 바이어스회로의 상세도가 도시된다. 특히 입력바이어스회로는 정전류원(302) 및 다이오드회로(301)를 포함한다. 조합된 전류원(302) 및 다이오드 회로(301)는 제2도에서 전류(221),(222)으로 표시된다. 다이오드 회로(301)는 직렬 연결된 다이오드(Q21),(Q22)를 포함하며, 상기 다이오드의 에미터 접합영역은 다이오드(Q1),(Q2),(Q17),(Q18) 에미터 집합영역의 다중 Mx이다.
전류원(302)은 제1 및 제2쌍극 트랜지스터(Q23),(Q19)를 포함하며, 트랜지스터(Q23)의 에미터집합 영역은 트랜지스터(Q19)의 에미터 집합영역과 중복된다. 트랜지스터(Q19)의 콜렉터는 상기의 다이오드를 구동시킨다. 트랜지스터(Q23)는 단극트랜지스터(J7)에 차례로 연결되는 저항(R10),(R11)에 연결된다. 트랜지스터(J7)의 소스 및 게이트가 연결되어서 2단자 전류원은 형성한다.
저항기(R10), 트랜지스터(Q23) 및 트랜지스터(Q19)의 에미터 영역비 그리고 트랜지스터(J7)의 명복 드레인 포화 전류 Idss는 트랜지스터(Q19)에 고도로 제어된 콜렉터 전류를 공급하며, 상기 콜렉터 전류치는 트랜지스터(J7)를 통하는 전류 변화에 영향을 받지 않고 일정한 값을 가진다.
본 입력 바이어스 회로는 과부화된 보호형마이크로폰을 제공한다. 다이오드(Q1),(Q2)의 경우와 같이 다이오드(Q20),(Q21)는 노드(206)의 기준 전압과 모든 다이오드를 순방향으로 바이어스시키는 정전류원(302)사이에 연결된다.
집적회로 다이오드의 전류는 다음과 같은 식으로 주어진다.
Figure kpo00005
여기서 J0는 처리 의존 상수, Aj는 접합영역, q는 전자 전하, V는 다이오드 전압, K는 볼츠만 상수 그리고 T는 절대온도이다.
(실온에서
Figure kpo00006
는 약 25mV이다). 이때 순방향 바이어스의 경우 소신호 저항은 다음과 같은 식으로 주어진다.
Figure kpo00007
따라서 동일한 처리 및 인가전압을 구비하도록 제작되고 다른 접합영역을 가지는 다이오드는 접합영역과 역비례하는 소신호 저항을 나타낸다.
FET 게이트 전류가 무시될 수 있고, 다이오드(Q20)가 비슷하게 제작된 다이오드(Q1)의 에미터 접합 영역의 50배의 영역을 가지고, 다이오드(Q21),(Q2)의 제작 및 영역비가 비슷하면 다이오드(Q1),(Q2)의 소신호 저항은 다이오드(Q20),(Q21) 소신호 저항의 50배가 된다.
다이오드(Q1),(Q2)의 두드러진 목적은 딘자(IN1)에서 마이크로폰(100)에 나타나는 입력 커패시턴스를 최소화하는 것이다. 또 다른 장점은 바이어스 다이오드(Q20),(Q21)와 함께 입력단 근방의 제1 및 제2다이오드(Q1),(Q2)를 대칭적으로 배치하는 것이다. 이와 같은 대칭적인 다이오드 배치는 정상 신호 레벨을 초과하는 마이크로폰의 각 극성으로 부터 나오는 교류전압을 순차적으로 신호 압축시키고 제한한다. 실시예에 있어서, 상기와 같은 현상은 마이크로폰을 연결시키거나, 전원을 공급하거나 과부하를 걸어줄 때 발생한다.
다이오드의 전류흐름에 대한 상기의 식을 이용함으로써 아미크로폰(100)의 순간 교류신호 입력전압이 작용함에 따라 입력(IN1)과 접지 사이의 소신호 입력 저항을 구할 수 있다.
이러한 관계에 대한 내용은 제4도에 도시된다. 낮은 교류 신호 전압(＜±KT/q)에 있어서, 소신호 입저항은 상대적으로 일정하다. 순간 신호 전압이 커지면(＜±KT/q) 소신호 저항은 순간신호 전압크기에 따라 지수함수적으로 감소한다.
따라서 마이크로폰(100)의 크게 증폭된 과도신호에 의한 입력노드(IN1)(제1도, 제2도 및 제3도) 상의 불필요한 전하는 급히 분산되고 정동작 바이어스조건을 급히 복귀시킨다. 따라서 상기의 회로는 소신호의 큰 입력 저항(따라서 양호한 저 신호 응답)을 제공하며, 반면에 대신호에 대한 작은 입력 저항, 점차적인 신호제한 및 고속 과부하 복귀를 제공한다.
제5도에 있어서, 커패시턴스형 고임피던스 마이크로폰 집적회로의 상세한 실시도가 도시된다. 특히 전류 리피터 설계에 사용되는 여러 전류리피터(901),(902),(903)는 여러가지 회로소자를 구동시키는 데 쓰인다. 트랜지스터(Q3),(Q7),(Q12) 및 (Q24)는 회로(901),(902),(903)의 부가전류탭을 제공한다. 상기의 이득 제공 증폭회로(102)도 또한 상세히 도시되고, 트랜지스터(Q7),(Q8),(Q9),(Q10),(Q11),(Q12),(Q13), 저항기(R7),(R8),(R23),(R24) 및 커패시터(C1)를 포함한다.
기준 전압회로(103)는 쌍극성 트랜지스터(Q32), 전압 분배 저항기(R12),(R13),(R21)를 포함한다. 역바이어스된 콜렉터-베이스 접합을 구비하는 전류원(902) 트랜지스터(Q22)는 저항(R21)을 통해 흐르는 정동작 콜렉터 전류를 공급하며, 노드(213)의 공급전압에 의존하지 않는 노드(206) 기준전압을 공급한다. 낮은 공급 전압 상태에서 트랜지스터(Q22)가 포화되며, 저항기(R21),(R13),(R21)와 함께 트랜지스터(Q32)는 다이오드(Q1),(Q2)의 바이어스 전류 흐름을 유지시키기 위해(트랜지스터(Q19)의 포화를 방해함) 공급전압Vs 이하의 직류기준 전압을 공급한다. 따라서 기준전압 회로(103)는 고정된 기준 바이어스에 의해 가능한 것보다 더 낮은 노드(213) 공급전압 Vs 상태에서 작용한다.

Claims (4)

  1. 고임피던스 신호원에 의해 작동하는 집적회로 증폭기에 있어서, 입력 결합회로(101a)는 고임피던스 신호원을 증폭기(102)에 연결하고 중복 결합회로(101b)는 입력 결합 회로의 대응 직류 전압과 동일한 직류기준 전압을 공급하도록 입력 결합회로에 연결되는 두 결합회로와, 증폭기 신호는 단지 신호원의 신호이므로 고임피던스 입력을 신호원에 제공하고 저임피던스 출력을 증폭기에 제공하는 결합회로의 조합을 구비하는 것을 특징으로 하는 고임피던스용 집적회로 증폭기.
  2. 제1항에 있어서, 입력 결합회로, 중복 결합회로 및 증폭기는 입력 바이어스 회로(302),(301)와 기준전류 전압원 공급회로(103)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고임피던스용 집적회로 증폭기.
  3. 제1항에 있어서, 입력 결합회로(101a) 및 중복 결합회로(101b)는 특정 범위내의 마이크로폰에 의한 전기적 신호를 유지시키는 입력 바이어스 회로(302),(301)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고임피던스용 집적회로 증폭기.
  4. 제3항에 있어서, 입력 바이어스 회로(302),(301)는 결합회로의 하나이상의 다이오드(Q2)와 병렬로 연결되고 접합 면적보다 더 큰 접합면적을 갖는 하나이상의 입력 바이어스 다이오드(Q20),(Q21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고임피던스용 집적회로 증폭기.
KR1019830001669A 1982-04-21 1983-04-20 고임피던스 마이크로폰용 집적회로 증폭기 KR900007920B1 (ko)

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