专利名称：用于共极晶体管的负反馈增益控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如但不局限于FET(场效应晶体管)或双极型晶体管放大器电路，它们可用于RF(射频)功率放大器中，尤其是涉及应用一种负反馈机制对共极(例如发射极或源极)晶体管的前向环路增益进行电控制，而不影响其工作点。
由于线性在RF通信电路的有效工作中是相对重要的指标，一个公共输入/输出电极连接方式的晶体管电路经常被用作放大器结构的基本模块。
图1示出一个共发射极结构的双极型晶体管Q1的简化图，其中晶体管的基极11连接到输入端21上，在输入端21上施加要被放大的信号。晶体管的发射极12连接于参考(接地)端，并且其集电极13连接到输出端22，从它输出一个被放大的RF输出信号。
在图1所示电路结构中，放大器的增益由连接在从集电极13到基极11的反馈回路中的电阻23的值决定。为了改变放大器的增益，一般将共发射极晶体管Q1与一个或多个控制电路相互耦合，所述控制电路一般提供某些形式的偏流调节或发射极负反馈。
例如，图2示出美国专利No.4305044公开的一种多级结构形式，其中一个共发射极晶体管T1与一个共集电极晶体管T3级联。要被放大的输入信号经输入端10连接到第一级的共发射极晶体管T1的基极，而从连接于第二级的共集电极晶体管T3的发射极的输出端16输出已放大输出信号。一个增益控制电压经端子14被加到偏流控制晶体管T2的基极，晶体管T2的集电极通过节点18连接到共发射极晶体管T1的集电极和晶体管T3的基极。这个增益控制电区用于调节电导(跨导)，从而调节共发射极放大器晶体管T1的集电极电流。
增益可控的共发射极晶体管电路的其它实例包括美国专利第3903479、3942129、4048576、4275362、4365208和4727325号所公开的电路。这些放大器结构的一个共同缺点在于以下事实共极(例如发射极)晶体管级的增益是通过改变其工作点而变化的。因为放大器的线性与其工作点密切相关，通过这种方法改变其增益会引起不希望的线性改变。
本发明包含控制一个具有控制极、第一输入/输出极和第二输入/输出极的晶体管的增益的方法，其中输入信号加到控制极，一个输出信号从第一输入/输出极输出，第二输入/输出极连接到一个参考节点，以实现共极晶体管结构，其特征在于以下步骤(a)在共极晶体管的控制极和第一输入/输出极之间连接一个可电控的电导；并且(b)控制可电控的电导的工作以调节共极晶体管的前向环路增益，而不改变其工作点。
本发明还包含一个电路，它包括一个共极晶体管，具有连接输入信号的控制极、从其输出已放大输出信号的第一输入/输出极，以及连接到参考节点实现共极晶体管结构的第二输入/输出极；以及和一个可电控的电导，此电导在电路内连接在共极晶体管的控制极和第一输入/输出极之间，并且是可控制的，用以调节前向环路增益而不改变共极晶体管的工作点。
本发明还包括可变增益共输入/输出极晶体管电路，它包括一个共输入/输出极晶体管，具有连接输入信号的控制极、从其输出已放大输出信号的第一输入/输出极，以及连接到参考节点实现共输入/输出极晶体管结构的第二输入/输出极；一个可电控的电导，该电导在电路内连接在共输入/输出极晶体管的控制极与第一输入/输出极之间；以及一个可变电流源，在电路内连接可电控的电导，用以控制流过的电流并从而控制可电控电导的电导值，这样控制从共输入/输出极晶体管的第一输入/输出极反馈到控制极的电压，从而调节共输入/输出极晶体管的前向环路增益而不改变其工作点。
方便地，现有技术对共极晶体管放大器的增益控制方法的缺点，尤其是晶体管工作点的不希望的改变被新的改进的单级共极晶体管放大器结构有效地克服了，新结构具有一个安装在第一输入/输出极(例如双极型晶体管的集电极，FET的漏极)与控制极(例如双极型晶体管的基极，FET的栅极)之间的负反馈回路中的附加的可电控的电导。
为提供一个非限定性的实例，在本发明的第一个实施例中采用双极型共发射极电路，其中可电控的电导包括一个二极管，其正向电导由一个可控电流源/宿调节。通过改变流过可控电流源的电流量，可以改变流过二极管的电流量，并从而改变二极管的电导值，确定从集电极到基极的反馈量，并从而改变共发射极晶体管的前向环路增益。因为共发射极晶体管的偏置条件不受二极管电导的这种控制的影响，当其增益受控变化时晶体管的工作点保持不变。
在本发明的第二个实施例中(还是用双极型晶体管作为非限定性的实例)，可电控的电导包括一个共集电极结构的射极跟随晶体管，该晶体管的基极连接到共发射极晶体管的集电极，其发射极连接到共发射极晶体管的基极。射极跟随晶体管的增益通过连接其发射极到一个可控电流源/宿而被控制。改变流过可控电流源的电流，则流过射极跟随晶体管的基极-发射极电流变化，从而其电压跟随传递函数，即从共发射极晶体管的集电极到基极的电压反馈随电流源的电流而变化。如在第一个实施例中那样，改变电流源使反馈器件—这里是射极跟随晶体管—的工作点发生变化。然而对共发射极晶体管的偏置条件保持不变，从而共发射极晶体管的工作点以及从而其线性在其增益被控制时保持不变。有利地，在每个实施例中所用的附加电导具有与包含在共发射极双极型晶体管电路中相同类型结构的电控PN结器件，这消除了在制作放大器电路的处理工序中另外附加掩模组的需要。
下面借助附图举例说明本发明。附图中图1是一个共发射极双极型晶体管放大器电路的简化图；图2示出美国专利4305044公开的多级结构形式；
图3示出按照本发明的第一实施例的增益受控的单级共发射极晶体管放大器；图4示出按照本发明的第二实施例的增益受控的单级发射极跟随晶体管放大器。
图3示出按照本发明的第一实施例的增益受控的单级共极连接的晶体管放大器，其中应用一个双极型(共发射极)晶体管作为一个非限定性的实例。
在此例中，共发射极结构的双极型晶体管是一个NPN晶体管30，其基极31连接于其上加有待放大信号的输入端41，其发射极32连接于一个参考电位源(例如，地(GND))，且其集电极33连接于一个输出端42，从它输出一个已放大的输出信号，集电极33还通过电感43连接于集电极偏置端(+Vcc)。共发射极晶体管30的前向环路增益通过控制集电极33和基极31之间包含一个可电控的电导的负反馈回路而确定。
在图3所示电路结构中，可电控的电导包括一个二极管50，其阳极51连接于集电极33，其阴极52通过电容器60连接到基极31。二极管50的正向电导由一个可控电流源/宿70(参考于地)确定，电流源/宿70连接到阴极52。通过改变流过可控电流源70的电流量，流过二极管的电流量及其电导可控地增加或减小。
这又控制从集电极33到基极31的反馈量，并从而控制晶体管30的增益。例如，增加电流源70吸收的电流将增大二极管50的正向电导，从而耦合晶体管30的集电极33上更多的信号到其基极，于是减小了晶体管的增益。反之，减小流过电流源70的电流将减小二极管50的正向电导，从而耦合晶体管30的集电极33上更少的信号到其基极，从而增大增益。由于晶体管30的偏置条件不受二极管50电导的控制影响，当晶体管的增益受控变化时，其工作点保持不变。
图4示出一个增益受控的单级共极连接的晶体管放大器，它是本发明的第二个实施例，同样为了提供一个非限定性的实例，采用了双极型器件为例。图4的电路包括一个共发射极结构的双极型(例如，NPN)晶体管30，其基极31连接于其上加有待放大信号的输入端41，其发射极32连接到一个参考电位源(例如，地(GND))，其集电极33连接到一个从其上输出已放大的输出信号的输出端42，并且通过电感43连接到集电极偏置端(+Vcc)。
在本发明第二个实施例中，在晶体管30的集电极33和基极31之间的可电控的电导包括一个双极型(NPN)共集电极结构的射极跟随晶体管80，其基极81连接于晶体管30的集电极33，其集电极83连接于集电极偏置端(+Vcc)，其发射极82通过电容器60连接到晶体管30的基极31。射极跟随晶体管80的前向增益通过连接其发射极82到一个可控电流源/宿90(参考于地)而受控。
在第二个实施例中，改变流过可控电流源90的电流量使流过射极跟随晶体管80的基极-发射极电流(并从而其工作点)变化，使得从共发射极晶体管30的集电极33到基极31的电压反馈量作为共集电极晶体管80的电压跟随传递函数而随电流源90工作的调整发生变化。例如，增加从射极跟随晶体管80的发射极82被电流源90吸收的电流将增加通过晶体管80的基极-发射极结的正向电导，并因而耦合晶体管30的集电极33上更多的信号到其基极31，从而减小晶体管30的前向环路增益。
反之，减小被电流源90从晶体管80吸收的发射极电流量将减小通过射极跟随晶体管80的基极-发射极结的正向电导，并因而耦合共发射极晶体管30的集电极33上更少的信号到其基极31，减小共发射极晶体管30的增益。虽然改变被电流源90吸收的电流量改变了射极跟随晶体管80的工作点，但晶体管30的偏置条件保持不受影响，从而共发射极晶体管30的工作点(并因而其线性)在其增益受控改变时保持不变。
通过连接一个可电控的电导在晶体管的第一输入/输出极(例如，集电极)与控制极(例如，基极)之间的负反馈回路中，有效地避免了常规增益方法中与改变其增益相联的共极连接的晶体管(例如，共发射极双极型晶体管)的工作点的不希望的改变。
在可电控反馈元件包括一个二极管的情况下，其正向电导易于通过调节流过一个连接于该二极管的可控电流源的电流而被改变。这控制从第一输入/输出极(集电极)到控制极(基极)的反馈量，从而控制晶体管的前向环路增益。在受控反馈元件包括一个极跟随晶体管—例如射极跟随双极型晶体管或源极跟随FET—的情况下，其前向增益易于通过改变由一个可控电流源/宿从其第二输入/输出极吸收的电流而受控。这又导致从晶体管的第一输入/输出极到控制极的电压反馈量变化。
虽然改变由电流源吸收的电流使电控反馈元件的工作点变化，但共极晶体管的偏置条件保持不受影响，从而晶体管的工作点以及从而其线性保持不变。如上所述，对于双极型结构的情况，由于每个实施例所用的附加元件具有与包含在共发射极双极型晶体管电路中相同类型结构的电控PN结器件，附加的反馈电导在制作放大器电路的处理工序中可以容易地形成在同一掩模组中。
权利要求
1.控制一个具有一个控制极、第一输入/输出极和第二输入/输出极的晶体管的增益的方法，其中输入信号被加到所述控制极上，并且一个输出信号由所述第一输入/输出极输出，而且所述第二输入/输出极被连接到一个参考节点以实现一个共极晶体管结构，其特征在于以下步骤(a)在所述共极晶体管的控制极与第一输入/输出极之间连接一个可电控的电导；以及(b)控制所述可电控电导的工作来调节所述共极晶体管的前向环路增益，而不改变其工作点。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可电控的电导包括一个在电路内连接所述共极晶体管的控制极和第一输入/输出极间的电路中的整流PN结，以及一个在电路内连接所述整流PN结并且用于控制流过所述可电控电导的电流并从而控制其电导、从而控制从所述共极晶体管的第一输入/输出极到控制极的电压反馈的可变电流源。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可电控电导包括一个其正向电流通路并联于所述共极晶体管的控制极至第一输入/输出极的正向电流通路的二极管，以及一个在电路内连接所述二极管并用于控制流过所述二极管的电导的电流、从而控制从所述共极晶体管的第一输入/输出极到控制极的电压反馈的可变电流源，所述共极晶体管由一个共发射极的双极型晶体管构成，它具有一个基极、一个集电极和一个发射极，并且所述可电控电导包括一个射极跟随晶体管，其基极连接于共发射极晶体管的集电极，其发射极连接于共发射极晶体管的基极，其集电极连接到一个偏置源构成共集电极结构；以及一个可变电流源，在电路内连接所述射极跟随晶体管的发射极并用于控制其基极-发射极电流，从而控制其电压跟随传递函数，从而控制从所述共发射极晶体管的集电极到基极的电压反馈。
4.一种电路，包括一个共极晶体管，具有一个连接输入信号的控制极、从其输出已放大信号的第一输入/输出极，以及连接到一个参考节点以实现共极晶体管结构的第二输入/输出极；以及一个可电控的电导，连接在所述共极晶体管的控制极与第一输入/输出极之间的电路中，并且可被控制来调节所述共极晶体管的前向环路增益，而不改变其工作点。
5.如权利要求4所述的电路，其中，所述可电控的电导包括一个在电路内连接所述共极晶体管的控制极和第一输入/输出极的整流PN结，以及一个在电路内连接所述整流PN结并且用于控制流过所述可电控电导的电流并从而控制其电导、从而控制从所述共极晶体管的第一输入/输出极到控制极的电压反馈的可变电流源。
6.如权利要求4所述的电路，其中，所述可电控电导包括一个其正向电流通路并联于所述共输出极晶体管的控制极至第一输入/输出极的正向电流通路的二极管，以及一个在电路内连接所述二极管并用于控制流过二极管的电导的电流并从而控制其电导、从而控制从所述共极晶体管的输入极到第一输入/输出极的电压反馈的可变电流源。
7.如权利要求5所述的电路，其中，所述共极晶体管由一个共发射极的双极型晶体管构成，它具有一个基极、一个集电极和一个发射极，并且所述可电控电导包括一个射极跟随晶体管，其基极连接于共发射极晶体管的集电极，其发射极连接于共发射极晶体管的基极，其集电极连接到一个偏置源构成共集电极结构；以及一个可变电流源，在电路内连接所述射极跟随晶体管的发射极并用于控制其基极-发射极电流及其电压跟随传递函数，从而控制从所述共发射极晶体管的集电极到基极的电压反馈。
8.一种可变增益共输入/输出极晶体管电路，包括一个共输入/输出极晶体管，具有一个连接输入信号的控制极、从其输出已放大信号的第一输入/输出极，以及连接于一个参考节点实现共输入/输出极晶体管结构的第二输入/输出极；一个可电控的电导，连接在所述共输入/输出极晶体管的控制极和第一输入/输出极之间的电路中；以及一个可变电流源，在电路内连接所述可电控电导并用于控制流过所述可电控电导的电流并从而控制其电导，从而控制从所述共输入/输出极晶体管的第一输入/输出极到控制极的电压反馈，并从而调节所述共输入/输出极晶体管的前向环路增益，而不改变其工作点。
9.如权利要求8所述的可变增益共输入/输出极晶体管电路，其中，所述可电控电导包括一个在电路内连接所述共输入/输出极晶体管的控制极和第一输入/输出极的整流PN结，所述可电控电导包括一个二极管，其正向电流通路并联于所述共输入/输出极晶体管的控制极至第一输入/输出极的正向电流通路。
10.如权利要求8所述的可变增益共输入/输出极晶体管电路，其中，所述共极晶体管由一个共发射极的双极型晶体管构成，它具有一个基极、一个集电极和一个发射极，所述可电控电导包括一个射极跟随晶体管，其基极连接于共发射极晶体管的集电极，其发射极连接于共发射极晶体管的基极，其集电极连接到一个偏置源构成共集电极结构，所述可变电流源在电路内连接所述射极跟随晶体管的发射极，并用于控制其基极-发射极电流及其电压跟随传递函数，从而控制从所述共发射极晶体管的集电极到基极的电压反馈，并从而控制其增益，其中，所述共极晶体管由一个共发射极的双极型晶体管构成，它具有一个对应于所述控制极的基极、一个对应于所述第一输入/输出极的集电极和一个对应于所述第二输入/输出极的发射极。
全文摘要
通过在晶体管的第一输入/输出极(集电极)和控制极(基极)间的负反馈回路中连接一个可电控的电导，可避免与改变一个共输入/输出极晶体管—例如一个共发射极的双极型晶体管—的增益相联的不希望的工作点变化。第一个实施例应用一个双极型器件，可电控反馈元件包括一个二极管，通过调节流过一个可控电流源的电流改变其正向电导。这控制共发射极晶体管的集电极到基极的反馈量和前向环路增益。第二个实施例也是针对双极型器件的，受控反馈元件包括一个射极跟随晶体管，通过改变由一个可控电流源/宿从其发射极吸收的电流来控制其前向增益。这又改变了共发射极晶体管的集电极到基极的电压反馈，从而改变其增益。
文档编号H03G1/00GK1437792SQ01810639
公开日2003年8月20日 申请日期2001年7月10日 优先权日2000年7月10日
发明者詹姆斯·弗利诺 申请人:英特赛尔公司