TW511332B - Negative feedback gain control for common electrode transistor - Google Patents

Description

五、發明說明（1) 本發明係有關於電晶體放大器電路，諸如， 於，可以被使用於射頻（RF)功率放大器之場效 又（ 吏，厂種以負回授為基礎的機制，來電控制共電極（如射 極或源極）電晶y體的順向回路增益，而不影響其操作點。 因為線性係為射頻通訊電路之成功操作中的相對重要 mi姑：ίΐ入，輸出電極連接之電晶體電路經常被用 之基本建立方塊。’一圖繪示-共射極 組悲雙極性電晶體Q1之簡化圖示，其具有耦合至一輸 21之基極11，其該輸入端係為所欲放大之訊號所施加之。 該電晶體之射極1 2被無入5 —炎杜*1上、心 13被麵合至一輸出參考(接地)端’而且其集極 吋終Γ I 其中一放大之射頻輸出訊號係由 6亥輸出^22所傳送出來。 在第一圖之電路架構中，放大器的增益係由在回授路 徑中從集極13耦合至基極u的電阻23的值所建立。為 改，放大器的增纟，常用的做法是將共射極電晶體qi輕合 至或夕個控制電路，其典型地提供偏壓電流調變或射極 退化之某些型式。 舉例來a兒，第二圖示意地描繪一種揭露於美國專利 4, 3 05, 044號說明書之多級架構的型式，其具有與一乒 =晶體T3串接（cascade)之一共射極電晶體n。所^被 之輸入汛唬透過一輸入端1〇被耦合至第一級（即共 ，電曰曰體丁 1 )的基極’而該被放大之輸出訊號則從連接至 第二級（即共集極電晶體T3)的射極之一輸出端i β所傳遞出 511332 五、發明說明（2) 來。一增益控制電壓透過一端點1 4而被施加至一偏壓電流 控制電晶體T2之基極，其集極則藉由節點1 8而被連接至該 共射極電晶體T1的集極以及該共集極電晶體T3的基極。此 一增益控制電壓之作用在於調變該共射極放大電晶體T1的 轉導（transconductance)以及集極電流。 增益控制之共射極電晶體電路的其他範例包括這些揭 露於美國專利第 3, 903, 479、3, 942, 129、4, 084, Me、 4,275,362、4,365,208、以及4,72 7,335。這些放大器設 計之二，同缺點在於共電極（如射極）電晶體級的增益係藉 由改變八刼作點而變動。由於放大器之 點緊密相關，以這種方式改變复_ X 二^ 0 夂，、増盃會教人不情願地調變 本發明 電晶體具有 第二輸入/ 極而且一輸 且該第二輸 共電極電晶 (a) 耦合一 之第一輸入 (b) 以調整 可控制之電 包括一種 :一控制 輸出電極 出訊號從 入/輸出 體組態， 可控制之 /輸出電 該共電極 導的操作 本發明亦包括一 電極電晶體包括：一 似〜，日孤μ々忒，琢 1、一第一輪入/输出電極以及一 缔=中二輪入訊號被施加至該控制電 ‘極# = = /輸出電極傳送出來，並 :2耦合至—參考節點，以實現一 °電導=特徵在於以下之步驟： 以=電極與該共電極電晶體 電曰】體之順向回路増益的 插：不改變其操作點，\控制邊 I 括一共 Φ ^ 控制電極，、其中體，電路，該共 、肀 輸入吼號被轉合至

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511332 五、發明說明（3) 該控制電極；一第一輸入 出訊號從該篦一於Λ /於山而 極中—被放大之輸 入/私Γ 輸入/輸出電極傳送出來；以及一第二私 電晶體組態；而且該電路亦“考；：’以實現-共電極 路令被輕合於控制電極與Μ::。之電導，其在電 輪出雷炻夕眄私？ °茨，、电極電晶體之該第一輸入/ 體値 B I並且可控制地操作，以調整該共電極電晶 、〇回路增益，而不改變其操作點。 曰曰 電路本一種可變增益共輸入/輪出電極電晶體 /、匕括一共輸入/輸出電極電晶體，其具有：— 制電極，其中一輸入訊號被耦合至該控制電極；一第—^ 二/輸出電極，其中一被放大之輸出訊號從該第 ） ，巧傳送出來；以及一第二輸入/輸出電極，其被$ 5至：參考節點，以實現一共電極電晶體組態；而且 一：控制之電導’其在電路中被輕合於控制電極 /、§亥/、電極電晶體之該第一輸入/輸出電極之間；以及一 可變：流源，其在電路中被耦合於該可控制之電導，並且 制，該共輸入/輸出電極電晶體之該控制電極 遠^二輸入/輸出電極所回授之電壓’以藉此調整該丘 輪入/輸出電極電晶體之順向回路增&，而不改變其操： 點0 方便地，共電極電晶體放大器之先前技藝的增益控制 機構之缺，，尤其是在電晶體之操作點所不欲發生之變 動，可以藉由一種新而改良之單級共電極電晶體放大器架 構而被有效地排除，而該單級共電極電晶體放大器架構具

第8頁 511332 五、發明說明（4) Ϊ Μ Ϊ安裝於一第一輸入/輸出電極（如雙極性電曰體之 之基極幻易嗖雷曰2二1二，電極(如雙極性電晶體 的可電控制電導。 貝口杈路住内之輔助 —種料非限定之範例的―雙極性、共射極 -具體實施例i該可電控制電導包括 所π整-ϋ ^ ^ =電導係由一可控制之電流源/槽（sink) 所v周整。藉由改變流經該可摊岳 # 徑制之電流源的電流量，用來 疋義攸集極至基極的回授量以及共射 =之流經二極體的電流量與其4;;::== 之偏壓條件不受此種二極體電導控制方式的 ;:電曰曰體之插作點在其增益可控制地改變時保持不

^本發明的第二具體實施例中（吾人再次 ^體以作為-非限定之範例），該可電控制電導包括L 麵電晶11 ’其基極係輕合至共射極電 射極隨耗電晶體之增益係藉由將其射極耗合至一可控制： :流源/槽UUk)來加以控制。改變流經該 ： ;:電流f可以改變流經該射極隨輕電晶體之基極—射： :吏隨耦轉移功㊣，亦即，從共射極電晶體之 -具體實施例中所揭露，改變電流源可以改變回^第 (處為射極隨輪電晶體)的操作點。然而，共射極電晶體

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之偏壓條件不受影響，使得 度在其增益被控制時保持不 實施例中的輔助電導具有一 晶體電路内者相同類型的電 消除對於使用來製造放大二 之需求。 ° 共射極電晶體之操作點與線性 變。較佳地，使用於每一具體 種與包含於該共射極雙極性電 控制之PN接面裝置結構，其可 電路之製程中的一道額外光罩 本發明之上述與其 所作之較佳具體實施例 中： 他特色與優點，藉由下列參照附圖 的詳細描述，將會更為明白，其 第一圖係為一共射極雙極性電晶體放大器 π意圖； 第二圖示意地繪示揭露於美國專利第4, 305, 044號之 說明書中之一多級架構的類型； “第三圖不意地繪示根據本發明第一具體實施例之一增 益控制之單級共射極電晶體放大器；以及 、，第四圖示意地繪示根據本發明第二具體實施例之一增 盈控制之單级射極隨耦電晶體放大器。 ⑽第三圖示意地繪示根據第一具體實施例之一增益控制 之單級共電極連接之電晶體放大器，當應用於雙極性（共 射極）電晶體時，係作為一非限定範例。 在本範例中’共射極組態之雙極性電晶體係為一種 ΝρΝ電晶體30，其基極31被耦合至一輸入端41，其中一即 將被放大之訊號被施加於該輸入端41 ;其射極32被耦合至 一參考電位源（如，揍地，GND);而且其集極33被耦合至

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五、發明說明（6) 一輸出端42，其中一被放大之輸出訊號從該输出端42 送出來，並且藉由一電感43被耦合至一集極偏壓端 $傳 (+VCC)。該共射極電晶體3 0之順向回路增益孫魏丄 曰皿保猎由控制姑 過集極33與基極3 1之間之可電控制電導之負问於狄" s u抆路徑而被 在第三圖之電路架構中，該電控制之電導包括__ 體50，其陽極51被耦合至集極33而其陰極52透過_恭二， 6 0而被耦合至基極3 1。該二極體5 0之順向雷邋^丄，谷器 包守你由泰|合5 陰極52之一可控制之電流源/槽70 (相對於地）所建立 — 由改變流經該可控制之電流源7&的電流量，流經二驊3 的電流量與其電導被可控制地增加或減少。 這樣控制了從集 3 0的增益。舉例來說 增加經過二極體5 〇之 之集極33的訊號輪合 益。相反地，減少流 體5 0之順向電導，因 之偏壓條件不受此種 體之操作點在其增益 第四圖示意地繪 增益控制之單級共電 應用於雙極性電晶體 在第四圖所示之 (如，ΝΡΝ)電晶體3〇 : 極33回授到基極31的電壓以及電晶體 ，增加由電流源70所引出的電流=會 電導，並且藉此將更多位於電晶體3〇 至其基極31，因而減少電晶體3〇的增 經電流源70的電流將會減少鲈過一二 而增加電晶體的增益。由於電晶^3〇 二極體50電導控制方式的影響，電晶 可控制地改變時保持不變。 示根據本發發明第二具體實施例之一 $連接之電晶體放大器，同樣地，當 化’係作為一非限定範例。 電路包括一共射極組態之雙極性 其基極31被_合至一輸入端ο ,其

第11頁 511332 修正 案號 90112822 Μ月》 五、發明說明（7) 中一即將被放大之訊號被施加於該輸入端41 ;其射極32被 耦合至一參考電位源（如，接地，Gnd);而且其集極33被 耦合至一輸出端42，其中一被放大之輸出訊號從該輸出端 42被傳迗出來，並且藉由一電感43被耦合至一集極偏壓端 (+ VCC)。 在本發明之第二具體實施例中，電晶體3 〇之集極3 3與 基極31之間的可電控制之電導包括一種雙極性（ΝΡΝ)共集 極、、且恶之射極隨耦電晶體8 〇，其基極81被麵合至電晶體3 〇 之集極33 ;其集極83被耦合至集極偏壓端（+vcc) ·而且立 射，透過-電容器60㈣合至電晶體3〇之基極31而；射 極酼耦電晶體80之順向增益係藉由將其射極82耦合至一可 才工制之電流源/槽g 〇 (相對於地）而被控制。 ^ a f第二具體實施例中，改變流經可控制之電流源90之 1，量改變流經該射極隨耦電晶體80之基極-射極電流（極 f操，點），使得透過共集極電晶體80的電壓隨耦轉移功 能之從共射極電晶體30的集極33回授至基極31的電壓量隨 著電流源90的操作調整而改變。 返 舉例來說’增加由電流源90所引出自共集極電晶體8〇 之射極82的電流將會增加經過共集極電晶體80之基極一射 ϋ面處的順向電I ’並且藉此將更多位於電晶體30之集 路辦唬耦合至其基極31，因而禮電晶體30的順向回 q η I +相反地，減少由電流源9 0所引出自共集極電晶體 ^將會減少經過共集極電晶體8〇之基極-射極接面 處的順向電導，# ’ 並且精此將更少位於共射極電晶體3 〇之集

第12頁 511332 五、發明說明（8) 極33的訊號耦合至其基極31，因而減少電晶體30的順向σ 路增益。雖然改變由電流源90所引出的電流量改變射極= 耦電晶體80之操作點，電晶體3〇之偏壓條件不受影響，吸 此共射極電晶體3〇之操作點（與其線性度）在其 f 地改變時保持不變。 I』控制 藉由耦合一安置於電晶體之一第一輸入/輸出 (例如集極）與控制電極（例如基極）之間之負回授路徑 可電控制之電導，由於藉由習知增益控制機構而改^ " 所引發之共電極連接電晶體（例如共射極雙極性電晶體;= 所不欲發生的操作點變動現象可被㈣。 曰曰體）之 當電控制之回授元件包括一二極體，其順向 由調整經過耦合至該二極體 精 易也被改k。如此控制從第一輸入/輸出孝 回授至控制電極（例如其虹、々。田 1夕集極） 回路增益。當雷护告丨I夕η r -从A , 篮之順向 电徑f】之回授兀件包括一電極 曰 (例如射極隨耦雙極性電曰舻々β 1枚歧/丨您稿電日日體 其順向增益可藉由使用電'體:隨輕場效電晶體）， 黛-於入/认 使用—可控制之電流源/槽來改變流經 電晶體之第一於入/於〇/,L I易地被控制。如此使得從 改變。 則 剧電極回授至控制電極之回授量被 雖然改變由電流源所d ψ的雪、、六旦 元件之操作點，丘恭梳j引出的電",L夏改變電控制之回授 ^ ^ ·、 ^ 电晶體之偏壓條件不受影塑，因此 變時保持不變。如上所计、在其增益可控制地改 所述，對於雙極性架構的情形，由於

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每一具體實施例中所使用的輔助 共射極雙極性電晶體電路内者 f具有一種與包含於該 裝置結構，該輔助回授電導可以的電控制之PN接面 器電路之製程中的相同光罩組而‘=,使用來製造放大 本發明較佳具體實施例之上述描述係以圖式與說明呈 現如上，僅用於藉以幫助了解本發明之實施，而非用以限 定本發明之精神，而熟悉此領域技藝者於領悟本發明之精 神後’在不脫離本發明之精神範圍内，當可作些許更動潤 飾及同等之變化替換，其專利保護範圍當視後附之申請專 利範圍及其專同領域而定。

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Claims (1)

1. l · 一種用來控制一電晶舻# +祕g t ^ 有：-控制電極、ΛΛ之增/益的方法，該電晶體具 /輸出電極，直中一於入輸y輸出電極以及一第二輸入 輸出訊號從該第一輸被施加至該控制電極而且- 晶體組態，該方節點，以實現-共電極電 r X .. 々忒义特徵在於以下之步驟： :該第：輸極與該共電極電晶體 電：體之順向回路增益的方式控制該 』< 电等的輛作，而不改變其 2·如申請專利範圍第丨項 ^ ~ 電導包括一整細接面=2 =徵在於該可控制之 極與該共電極電晶體之令第1電路中被耦合於該控制電 -可變電流源，其在電二;：：/輸出電極之間；以及 控制從該共電極電晶體之= 以藉此 該控制電極之電壓。 輸入/輸出電極所回授至 3·如申請專利範圍第丨項之太 電導包括：-二極體，其順其特徵在於該可電控制 電晶體之控制電極-第」輪入° 〃IL導通路徑係與該共電極 -可變電流源，其在電路輪中X輸入 作以控制流經該二極體之電流鱼；導？：J體’並且可操 電極電晶體之該第一輸入/輪 以藉此控制從該共 之電壓；該共電極電晶體包括—21所回授至該控制電極 /、射極雙極性電晶體，其

   511332 六、申請專利範圍 具有一基極、一集極與一射極，而且該可電控制電導包 括：一射極隨耦電晶體，其基極係耦合至該共射極電晶體 之集極，其射極被耦合至該共射極電晶體之基極，而且其 集極在共集極組態中被耦合至一偏壓源；以及一可變電流 源，其在電路中被耦合於該射極隨耦電晶體之射極，並且 可操作以控制該基極_射極電流與其電壓隨耦轉移功能， 以藉此控制從該共射極電晶體之集極回授至基極之電壓。 4· 一種包括一共電極電晶體之電路，該共電極電晶體具 有：一控制電極，其中一輸入訊號被耦合至該控制電極； 一第一輸入/輸出電極，其中一被放大之輸出訊號從該第 一輸入/輸出電極傳送出來；以及一第二輸入/輸出電 極，其被耦合至一參考節點，以實現一共電極電晶體組 態，而且該電路亦包括一可控制之電導，其在電路中被耦 合於該共電極電晶體之控制電極與該第一輸入/輸出電極 之間j並且可控制地操作，以調整該共電極電晶體之順向 回路增益，而不改變其操作點。 、 t如申請專利範圍第4項之電路，其中該可控制之電導包 丘電：ί =接面，其在電路中被耦合於該控制電極與該 ^法调电日甘日ί之該第一輪入/輸出電極之間；以及一可變 η II =、’，、在電路中被耦合於該整流ΡΝ接面，並且可操作 以控制流經該可批在丨 乘 該共電極電晶2之電流與！導’以藉此控制從 ^ -¾ B ^ . ,. . ^ ^ —輸入/输出电極所回授至該共電 h Β日體之该控制電極之電壓。 士申明專利範圍第4項之電路，其中該可控制之電導包

   511332 六、申請專利範圍 f : 一二極體，其順向電流導通路徑係與該輸出共電極電 =體之控制電極-第一輸入/輸出電極路徑平行；以及一 可是電流源’其在電路中被耦合於該二極體，並且町操作 ^控制流經該二極體之電流與電導，以藉此控制從該共電 g電晶體之輸入電極回授至該第一輸入/輸出電極之電 _如申明專利範圍第5項之電路，其中該共電極電晶體包 極：：射極雙極性電晶體，其具有一基極、一集極與一射 極孫私ί °亥可電控制電導包括：一射極隨耦電晶體，其基 =耦曰至共射極電晶體之集極，其射極 體之基極，而且其集極在共集極組態中被 隨』變電流源，其在電路中㈣合於該射極 電日日體之射極，並且可操作以控制該基極〜 ;:f壓隨耦轉移功能，以藉此控制從該共射極電曰體"""之 该集極回授至該基極之電壓。 極電阳體之 I :认種可變增益共輸入/輸出電極電晶體電路， 1電極€晶體’其具有··— 極= —輸入訊號被耦合至該控制電極；一 柽，其中 極，其中-被放大之輸出訊號從該第％:%”電 Ϊ:來:第二輸入/輸出電極，其被』 以實現一共輸入/輸出電極電晶體組熊·品 > 考 路亦包括一可控制之電導，其在電路中被輕1於:且該電 與該共電極電晶ϋ之該第一輸入/輸出電極:門控制電極 可變電流源，其在電路中被麵合於該可控制之^以及- 电導’並且

   第18頁 511332 六、申請專利範圍 可操作以控制流經該可控制 ' 從該共輸"輸出電極電晶屮俾控制 回授至該控制電極之電，以藉此調整該^=電極所 極電晶體之順向回路增益，而不改輪出電 9. 如申凊專利範圍第8項之可變增益此 > 晶體電路，其中該可控制之 .輪出電極電 在電路中被輕合於該共輪 於 Λιι·ΡΝ接面，其 /、1 /輸出電極電晶㉙k 、 極與該第-輸入，輸出電極；該可控制：電導勺f控制電 極體，其順向電流導通路徑係與該^=包括：-二 體之控制電極-第一輸入/於 '屮、=、兩/輸出電極電晶 /輸出電極路徑平行。 10. 如申請專利範圍第8項之可變辦兴丘於 電晶體電路’ _共電極電晶體曰包:？二幹雔出電極 其具有一基極、一集極與一射…可電以電 辦夕隹托： Μ ，其基極係耦合至該共射極雷Τ 體之集才虽，其射極被耦合至f亥共射極電晶體之該 電曰曰 且其集極在共集極組態中被_合至—偏壓源·，㉟^變而 源在電路中被耦合於該射極隨耦電晶體之該射極，^流 ，作以控制該基極-射極電流與其電壓隨耦轉移功能 ' 、可 藉，控制從該共射極電晶體之集極回授至基極之電壓，乂盆 中忒共電極電晶體包括一共射極雙極性電晶體，其具，、 相對應於該控制電極之基極、一相對應於該第一輸入 出電極之集極、以及一相對應於該第二輸入/ 剧 射極。 』山电極之 第19頁