TW479400B - Circuit-arrangement to adjust the operation-point of a high-frequency-transistor and an amplifier-circuit - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479400 A7 一 _B7_____ 五、發明說明（1 ) 本發明涉及一種高頻電晶體操作點調整用之電路配置 ，其具有電源電位用之接點及一種測量電阻用之接點； 本發明亦涉及一種放大器電路，其具有高頻電晶體及該 電路配置。 高頻信號用之放大器電路具有一種高頻電晶體，該可 放大之信號可傳送至此電晶體之控制輸入端且已放大之 信號可在負載電路中耦合而出。藉由適當之直流電流輸 入至控制輸入端及負載電流路徑中可使電晶體保持在其 操作點中。 具有高頻電晶體之此種放大器電路可依據電源電流之 不同而具有不同之放大特性。因此可使用電阻網路或主 動電路以便調整此放大器之電晶體之操作點而儘可能與 此電晶體之製程容許度及溫度特性無關。 高頻電晶體之操作點調整用之電路配置例如可以是 Infineon Technologies 公司之 BCR· 400 型電路，如 1999 * 年2月24日之積體電路BCR 400W用之DataBook中所示 者。此種電路具有：二個用於電源電壓之接點；一個測量 接點，用來連接一種測量電阻；一個電流輸出端，用來連 接至雙載子高頻電晶體之基極。連接在測量接點和電源 電壓之正極之間之該外部測量電阻是連接在高頻電晶體 之集極電流路徑中。此外部測量電阻之値是100至200 Ω 。此外部電阻上之電壓降大約是600mV。在含有低電源電 壓之裝置（特別是電池驅動之裝置）中，此種放大器之最 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線一· 479400 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____Β7____ 五、發明說明（2 ) 大輸出功率因此會受到限制。由於測量電阻上之電流消 耗量很大，則電池驅動之裝置操作時間會受到限制。 本發明之目的是提供一種電路配置以調整高頻電晶體 之操作點，其可在較低之電源電壓時操作且具有較低之 功率損耗。 另一目的是提供一種放大器電路，其具有此種電路配 置以調整該操作點。 依據本發明，此目的藉由一種調整高頻電晶體之操作 點所用之電路配置來達成，其包括：一個第一電源電位 用之接點；一個第二電源電位用之接點；一個測量接點 ，其上可連接一個測量電阻，其是與高頻電晶體之負載 電流路徑相串聯；一個輸出端，其上可耦合此高頻電晶 體之控制端；一種差動元件，其依據電源電壓來連接第 一和第二電源電位用之接點且具有第一信號輸入端，其 是與參考電壓源相連接，另有第二信號輸入端，其是與 測量接點相連接；一種由差動元件所控制之電流源，其 是與輸出端相連接。 一種具有此種電路配置之放大器電路包含：一個電阻 ，其連接在第一電源電位用之接點及此電路配置之測量 接點之間；一個高頻電晶體，其集極是與此電路配置之 測量接點相連接且其基極是以直流方式而與此電路配置 之輸出端相耦合，其基極是與高頻輸入信號用之輸入端 相耦合且其集極亦與高頻輸出信號用之輸出端相耦合。 本發明之此種電路配置具有一種由電源電壓所供電之 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------訂---------線！ /y4〇〇 A7 B7 $、發明說明（3) 差動元件，其使測量電阻上之電壓可與一種參考電壓相 比較。藉此可控制電流源之電流，電流源連接至局頻電 晶體之控制端（例如，雙載子高頻（HF)電晶體之基極端） 。藉由差動（d i f f e r e n c e )之形成，則可設置一種較低之 參考電壓；外部測量電阻上之電壓降可與此參考電壓相 比較。此參考電壓實際上大約是lOOmV。此二個電壓之差 控制此電路之電流輸出。 在本發明之構成中設置第一電流鏡電路，其輸入路徑 是由電流源所供電且在其輸出路徑中連接一個電阻，該 參考電壓下降在此電阻上。第一電晶體之控制接點連接 至一條控制線（其連接第一'電流鏡電路之輸入分支和輸出 分支）。該測量電阻在負載電流側連接至第一電晶體。第 一電晶體之負載電流依據該測量電阻上所存在之電壓及 第一電流鏡中該電阻上所產生之參考電壓此二種電壓之 差値而受到控制。藉由第二電流鏡以電流來控制一種操 作於射極電路中之輸出電晶體。此輸出電晶體（或第二電 晶體）之負載電流用來使電流輸入至高頻電晶體之控制接 點。若不使用此唯一之輸出電晶體，則亦可使用一種由 至少二個電晶體所構成之達令頓（Darlington)電路。 第一電流鏡電路之輸入分支中之電流源是以傳統之方 式構成。此處設置一個電晶體，其負載電流路徑經由一 個電阻而與參考電位相連。此電晶體之負載電流路徑之 另一端上可測得一種定値之電流。 第一電流鏡以傳統方式製成，其方式是使此電晶體之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479400 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（4) 控制端及負載電流路徑耦合至輸入分支中。此電晶體之 控制端另外又連接至輸出分支中此電晶體之控制端。 第一電流鏡中之各電晶體是雙載子pnp電晶體。形成此 差動放大器所用之第二電晶體以及輸出側之電流源電晶 體亦是雙載子pnp電晶體。此種電路配置可以M0S電晶體 構成以取代雙載子電晶體。npn電晶體因此由η-通通-M0S 電晶體所取代且pnp電晶體由ρ通道-M0S電晶體所取代。 本發明之電路所具有之優點是：只需較少之元件。由 .於較不複雜，此種電路適用於較小之成本有利之標準外 殻中。此電路之電流調整器已設定在大約2V(伏特）之較 小之操作電壓中。此調整電路中之各信號不具有相位旋 轉現象，此調整器因此具有很高之穩定性。此種電路之 溫度特性因此和雙載子放大器電晶體之溫度特性相反， 使此種放大器電路整體而言廣泛地具有溫度穩定之放大 特性。 本發明以下將依據圖式中之實施例來描述。 圖式簡單說明： 第1圖放大器電路之方塊圖，其包含一個以積體電路 製成之電路配置以調整該操作點。 第2圖在電晶體平面上操作點可調整之此種電路配 置。 第1圖所示之放大器電路具有一種雙載子npn高頻電晶 體1，其基極端是與待放大之高頻信號RFIN用之輸入端10 相連接且其集極端經由電阻3而連接至正電源電壓VS以便 -6- ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) — — — I— —I — -11--- — 訂-線· C請先閱讀背面之注音》事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479400 A7 B7 五、發明說明（5) 調整該操作點。電晶體1之射極連接至參考電位（接地） GND。高頻輸出信號RFOUT可在一種連接至電晶體1之集極 上之輸出端11上測得。操作點調整用之電路配置2具有一 個輸出端26，其可傳送此電晶體1之基極中所耦合而入之 電流。此電晶體1之操作點須調整，其方式是使此種由電 阻3所調整之集極電流1C及依此1C而調整之基極電流IB 供應至此電晶體1。分別配屬於接點10和11之阻斷電容 18或17可分別阻斷此輸入端和輸入端之直流電流IB或1C 。此外，在負載（或集極）電流路徑中設置一個電感13且在 基極電流路徑中設置一個電感1 4而與電阻1 5串聯，另設 有各別接地之電容1 2或1 6，以便使待放大之高頻信號由直 流路徑中去耦合。 此種操作點調整用之電路2具有一種正電源電位VS用之 接點23 ; —個接點24，其上連接此放大電晶體1之集極電 流路徑中之測量電阻3 ;另有一個用於參考電位GND之接 點25。所輸入之基極電流（其是依電源電壓VS，GND及流經 測量電阻3之電流來調整）可在接點26上測得。此電路2 具有一種差動元件20，其由電源電壓VS，GND所供電。此 差動元件20之負（minus)輸入端是與參考電壓源21相連接 ，此參考電壓源2 1施加至參考電位VS用之接點23。差動 元件20之正輸入端連接至接點24且可測得此測量電阻3 上之電壓降。依據此差動元件20所測得之電壓差來控制此 電流源22，其提供此接點26上之基極電流IB。 此電路配置2之構成細節如第2圖所示。相同之元件以 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479400 A7 B7 五、發明說明（） 相同之參考符號表示。此電路具有一種電流源30，其連 接至參考電位端25且在輸出側在接點26上提供一種定値 電流。此電流源包含一個雙載子電晶體3 3，其射極經由 電阻34而與參考電位端25相連接。此電晶體33之基極經 由二個串聯之雙極性二極體3 1，32而與參考電位端25相 連接。電流由正電源電位VS用之接點2 3經由電阻3 5而傳 送至二極體3 1，32所形成之串聯電路。供應至電流源30 之接點36上之定値電流耦合至電流鏡電路40之輸入分支 中。電流鏡電路40在輸入側包含一種雙載子電晶體41， 其集極和基極互相連接。電晶體41之集極端是與電流源 30相連接，射極端是與正電源電壓VS用之接點23相連接 。電流鏡40之輸出分支包含一個雙載子電晶體42，其集 極直接連接至參考電位端2 5且其射極經由電阻4 3而連接 至電源電位端23。電晶體42相對於電晶體41而言可造成 一種較大之電流，此電晶體42以多射線電晶體之方式構 成或以多個電晶體所形成之並聯電路構成。此電晶體42 之基極側是與電晶體4 1之基極相連。由電流源3 6所供應 之定値電流經由電流鏡40放大而供應至電阻43，使一種 與正電源電位VS相關之定値電壓可在電阻43之電流鏡此 側之接點44上調整。 另一雙載子電晶體5 0在射極側具有電阻5 1，其連接至 電源電位端23。電晶體50之基極在電流鏡40之形成該輸 入分支和輸出分支所用之電晶體41，42之間連接至該連 接線45，即，電晶體41，42之基極端之連接線。電晶體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479400 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（7) 50之射極另外又連接至接點24，其上連接該高頻放大電 晶體1之集極電流用之測量電阻3。電晶體50因此在基極 電路中操作。電晶體50之基極-射極-電壓及其集極電流 因此會受到此種流經測量電阻3之電流所影響。此測量電 阻3上之電壓降須與施加至電路節點44或電阻43上之定 値電壓相比較，且雙載子電晶體50之集極電流須依據此電 阻3上之電壓降及施加至此電阻43上之定値電壓此二種電 壓之間之差來調整。電晶體50之集極電流經由一種連接 至參考電位端25之電流鏡60而映射（mapped)且供應至一 種雙載子電晶體70(其形成電流源22)之基極端。電流鏡 60在輸入側包含電晶體6 1 (其集極和基極相連接）且在輸 出側包含電晶體62，其基極是與電晶體61之基極相連。 電晶體62之集極是與電晶體70之基極相連。使電流鏡60 之輸入路徑和輸出路徑之間之電流放大（例如，變成二倍 )是有利的，其方式是使電晶體62以雙射極電晶體構成。 電晶體70之射極位於電位VS處，電晶體70因此在射極電 路中操作。 若不使用此種唯一之電晶體7 0，則由二個或多個電晶 體所構成之達令頓電路（Dar 1 i ngton c i rcui t )亦可形成 此電流源22。相較於只使用一個電晶體而言，此達令頓 電路具有較大之電流驅動力。在一種由二個pnp電晶體所 形成之達令頓電路中，第一達令頓電晶體之射極端是與 接點23相連。第二達令頓電晶體之射極是與第一達令頓 電晶體之基極相連。第二達令頓電晶體之基極是與電流 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁) 479400 A7 __B7_ 五、發明說明（8) 鏡60之輸出分支相連。達令頓電晶體之各集極端互相連 接且連接至輸出端26。 藉由此種高頻電晶體1之操作點調整用之電路配置，貝IJ 可依據電流源30所提供之定値電流而在電阻43上產生一 種定値電壓，且又可藉由此種此電流源30之基極端上所 耦合之電晶體42，50利用該耦合至電晶體50之測量電壓 所形成之差（difference)而產生此電晶體50之與此種差 値有關之集極電流，其在映射且放大之後成爲接點26上 之輸出電流。 電流源30之電晶體以及電流鏡60之電晶體61，62是 npn雙載子電晶體。電流鏡40之電晶體41，42以及電晶體 50 ’電流源電晶體22是pnp雙載子電晶體。每一 npn -或 pnp電晶體之負載電流路徑是其集極-射極-電流路徑。每一 電晶體之控制端是其基極端。上述之電路亦在低壓時操 作。在操作電壓VS，GND是2V時可口設定此種調整。此種 電路具有槪略數目之電晶體及電阻，其在積體化時，只 需較小之砂面積。單石式積體電路可輕易地安裝在較小 之標準4pin之外殻中。 若不使用圖示之雙載子半導體技術，則亦可利用MOS 技術來製成此電路。此時使用η-通道- MOS電晶體以取代 圖示之之雙載子電晶體31，32，33，61，62。使用ρ-通 道-MOS電晶體以取代圖示之pnp-雙載子電晶體41，42， 50，22。各MOS電晶體之負載電流路徑是其汲極-源極-區 段。各MOS電晶體之控制電極是其閘極電極。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣 訂---------線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479400 A7 B7 五、發明說明（9) 雙載子電晶體之基極-射極-區段上之電壓降是與溫度 有關的，這已爲人所知。基極-射極-區段隨溫度升高而 下降。溫度升高時，電晶體50之基極-射極-區段上所下 降之電壓差具有一種負的溫度係數，使接點26上所提供 之基極電流同樣具有一種負的溫度係數。雙載子高頻放 大電晶體1之集極電流因此可被調整。此電路2之溫度特 性是和電晶體1者相反的，使電晶體1之操作點是保持溫 度穩定的。 符號之說明 1 ......高頻電晶體 2 ......操作點調整用之電路配置 3 ......電阻 11 .....輸出端 12 .....電阻 1 3，1 4 ....電感 15.....電阻 17,18____阻斷電容 20 .....差動元件 21 .....參考電源 22 .....電流源 23,24,25,26....接點 30.....電流源 31，32. ·..雙極性二極體 33,50,6 1，62....電晶體 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 479400 A7 __B7 五、發明說明（Μ) 34,35,36 .......電阻 40,60 .....電流鏡電路 41,42,70 .......雙載子電晶體 43 .....電阻 44 .....接點 45 .....連接線 --------1T---------^» (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 479400 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 · 一種高頻電晶體操作點調整用之電路配置，其特徵爲 包括： -第一電源電位（VS)用之接點（23)及第二電源電位 (GND)用之接點（25); -一種測量電阻（24 )，其上可連接一種測量電阻（3 )， 其是與高頻電晶體（1 )之負載電流路徑串聯； -一種輸出端（2 6 )，其上可連接此高頻電晶體（1 )之控 制端； -一種差動元件，其依據電源電壓而與第一或第二電 源電位用之接點（2 3，2 5 )相連且具有：第一信號輸 入端（-)，其是與參考電源（2 1 )相連接；及第二信號 輸入端（+ )，其是與測量端（24)相連接； -一種可由該差動元件（20)所控制之電流源（22)，其 是與輸出端（26)相連。 2 .如申請專利範圍第1項之電路配置，其中第一電流鏡 電路（40 )包含：一種輸入路徑（4 1 )，其是與電流源 (30)相連，電流源連接至第二電源電位用之接點（25) ;一種輸出路徑（42)，其經由控制線（45)而與輸入路 徑（4 1 )相耦合且經由第一電阻（43 )而與第一電源電位 用之接點（23)相連接；另有一個第一電晶體（50)，其 基極是與控制線（45 )相連接，此控制線（45 )可連接第 一電流鏡電路（40)之路徑，第一電晶體（50)之射極經 由第二電阻（5 1 )而與第一電源電位（V S )用之接點（2 3 ) 相連且與該測量端（24)相連。 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479400 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 .如申請專利範圍第2項之電路配置，其中第二電晶體 (70)是在射極電路中，其基極經由第二電流鏡（60)而 與第一電晶體（50 )相連且其集極是與輸出端（26 )相 連。 4 .如申請專利範圍第2或第3項之電路配置，其中電流源 (3 0 )包含電晶體（3 3 )之負載電流路徑，此負載電流路 徑一方面與第一電流鏡（40)之輸入分支（41)相連且另 一方面經由電阻（34)而與第二電源電位（GND)用之接點 (25)相連，此電晶體（33 )之控制端經由一種由至少二 個二極體（31，32)所形成之串聯電路而與第二電源電 位用之接點（2 5 )相連。 5 .如申請專利範圍第2或第3項之電路配置，其中第一電 流鏡（40 )之輸入分支（4 1 )具有一種電晶體之負載區段 ，此種電晶體之控制端是與其負載區段相耦合，第一 電流鏡（40)之輸出分支具有另一電晶體（42)之負載區 段，此電晶體（42 )之控制端是與輸入分支之電晶體 (4 1 )之控制端相耦(合。 6 .如申請專利範圍第5項之電路配置，其中第二電流鏡 (60)具有第一電晶體（61)，其負載電流路徑是與第二 電晶體（50 )之負載電流路徑相耦合且其控制端是與其 負載電流路徑相耦合；另有第二電晶體（62 )，其負載 電流路徑是與第二電晶體（70 )之控制端相連；第二電 流鏡（60)之電晶體（61，62)之控制端互相耦合。 7 ·如申請專利範圍第5項之電路配置，其中第一電流鏡 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -----1---訂------ -•線W 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479400 A8 B8 C8 D8 _ 六、申請專利範圍 (40)之電晶體（41，42)是pnp電晶體或n-通道-M0S-電 晶體。 8 .如申請專利範圍第3項之電路配置，其中第一和第二電 晶體（50,70 )是ρηρ電晶體或ρ-通道-M0S-電晶體。 9 ·如申請專利範圍第1或第2項之電路配置，其中此電流 源（22)之以達令頓電路構成，其具有至少二個電晶 體。 ‘ 1 0 · —種放大電路，其具有如第1至9項中任一項之電路配 置，其特徵爲：一種電阻（3 )，其連接在第一電源電位 (VS)用之接點（23)和此電路配置之測量之間；一種高 頻電晶體（1 )，其集極以直流方式而此電路配置之測量 端（24 )相連且其基極是與此電路配置之輸出端（26 )相 連，其基極是與高頻輸入信號（RFIN)用之輸入端（10) 相耦合且其集極是與高頻輸出信號（RFOUT )用之輸出端 (11 )相耦合。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）