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CN1404651A - 带有负阻抗消除的高频放大器电路 - Google Patents

带有负阻抗消除的高频放大器电路 Download PDF

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Abstract

一种高频放大器电路，包括一个放大晶体管和一个驱动器晶体管，该放大晶体管连接成一个共射极或一个共源极结构，并且该驱动器晶体管连接成相应的一个集电极或一个共漏极结构，视所采用的是双极晶体管还是场效应晶体管而定。一个电流镜偏置电路耦合在该驱动器晶体管的输入端和输出端之间，并且提供一个用于将该电流镜耦合至该驱动器晶体管的输入端的电阻。该电阻典型地具有在大约20和100欧姆之间的一个值，在低偏置条件下使功率消耗为最小的同时，提供负阻抗消除效果。

Description

带有负阻抗消除的高频放大器电路
技术领域
本发明涉及晶体管放大器电路的领域，更特别地，涉及高频放大器电路。
背景技术
这种通用类型的放大器经常用于高频RF(射频)放大器中，例如用于无线通信设备中的那些放大器。典型地，这种高频放大器电路的输出级采用一个共射极双极晶体管或一个共源极场效应晶体管，它们在其输入端受到或者一个电压源或者一个电流源的偏置。该输出级典型地被馈以一个缓冲器或采用一个驱动晶体管的驱动器级，对于双极晶体管来说，该驱动晶体管连接成一个共集电极(射极跟随器)结构，或者对于场效应晶体管来说，该驱动晶体管连接成一个共漏极(源极跟随器)结构。这种类型的缓冲器或驱动器级典型地用于增加电路的总增益(overall gain)和增加该共射极或共源极输出级的输入阻抗。
然而，上述的采用在结构上与一个驱动器晶体管相结合的一个放大晶体管的放大器电路由于电路电容而将典型地在一定的高频处产生一个负阻抗。
此问题以前已被认识到，并且在美国专利5,424,686号和5,828,269号中说明了代表性的现有技术(其中之一是由本案的一个共同发明人开发的)。
然而，采用电阻以补偿负阻抗的现有技术具有只要当缓冲器放大器受到偏置时补偿电阻就会消耗功率的缺点。因此，希望有一种高频放大器电路，其中提供电阻负阻抗消除效果，并且其中功率消耗、特别是在低偏置条件下的功率消耗是最小的。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种高频放大器电路，其中在减小的功率消耗、特别是在低偏置条件下的功率消耗的同时，可获得电阻负阻抗消除效果。
根据本发明，此目的是通过包括一个放大晶体管和一个驱动器晶体管的一种新的高频放大器电路而达到的，其放大晶体管连接成一个共射极和一个共源极结构的其中之一，并且其驱动器晶体管连接成一个集电极和一个共漏极结构的其中之一。一个电流镜偏置电路耦合在该驱动器晶体管的一个输入端和该驱动器晶体管的一个输出端之间，并且提供一个用于将电流镜耦合至该驱动器晶体管的输入端的电阻，以达到负阻抗消除效果。
在本发明的一个优选实施例中，构成电流镜偏置电路的放大晶体管、驱动器晶体管和晶体管都是双极晶体管，而在另一个优选实施例中，这些晶体管都是场效应晶体管。
在本发明的又一个优选实施例中，用于将电流镜耦合至驱动器晶体管的输入端的电阻可具有在大约20和大约100欧姆之间的一个值。
根据本发明的一种高频放大器电路在减小功率消耗、特别是在低偏置条件下的功率消耗的同时可提供负阻抗消除效果方面，在经济和易于实现的结构方面均有显著的改进。
本发明的这些和其它方面将从以下的参照实施例的说明而变得清晰。
附图说明
参照以下结合附图的说明，可更加完整地理解本发明，附图中：
图1示出根据本发明的一个第一实施例的高频放大器电路的简化的示意图；和
图2示出根据本发明的一个第二实施例的高频放大器电路的简化的示意图。
附图中，相同的参考标号通常用于指示相同的部件。
实施例说明
图1示出根据本发明的一个第一实施例的高频放大器电路1的简化的示意图。该放大器电路包括一个放大晶体管10，它由一个驱动器晶体管12驱动，放大晶体管连接成一个共射极结构，并且驱动器晶体管连接成一个集电极(射极跟随器)结构。放大晶体管和驱动晶体管两者都耦合在一个电压源VCC和地(GND)之间。晶体管10的集电极由一个电感14耦合至VCC，并且通过一个耦合电容16在端VOUT处提供一个输出信号。驱动器晶体管12的集电极直接连接至VCC，其射极连接至放大晶体管10的基极和电流镜18的输出端两者，以下再详细描述。从输入端VIN通过一个输入耦合电容20，将高频放大器电路1的输入信号提供到晶体管12的基极。
图1的简化电路通过一个偏置电路而变得完整，该偏置电路包括一个偏置电压源22，它向串联连接的一个电阻24和一个电感26提供一个偏置电压VBIAS，后者连接至驱动器晶体管12的基极。电路的偏置部分通过电流镜18而变得完整，电流镜包括晶体管28和30，并且根据本发明提供一个电阻32，以将晶体管12的基极耦合至位于晶体管28的集电极和晶体管30的基极的电流镜的输入端，电流镜18的位于晶体管30的集电极的输出端连接至晶体管12的射极和晶体管10的基极。
根据本发明，通过采用在偏置电路中与电流镜相结合的电阻32，可提供负阻抗消除。由于向电流镜18提供的位于电阻32的顶端的电源电压等于驱动器晶体管12的基极处的偏置电压，在低偏置条件下电阻32并不消耗功率。
以此方式，电阻32提供了一种双功能，即它不仅提供了负阻抗消除，还决定了用于电流镜18的基准电流。在晶体管12的基极的低偏置电压条件下，并没有足够的电压以启动电流镜，使得没有电流流经电阻32，并且其中没有功率的浪费。
当共集电极/共射极放大器电路(12，10)在晶体管12的基极处呈现一个负电阻时，电阻32与二极管连接的晶体管28的阻抗一起将消除该负电阻，只要电阻32和晶体管28的结合的等效旁路电阻小于共集电极/共射极放大器电路的负电阻。已经发现，这可典型地通过提供具有在大约20欧姆和大约100欧姆之间的电阻值的电阻32来完成，视具体的电路应用和部件特性而定。
图2示出根据本发明的一个第二实施例的高频放大器电路2的简化的示意形式。图2所示的整体电路结构与图1所示的相同，相同的参考标号用于指示相同的部件，并且因此不再详细描述图2的类似部分。图2与图1的不同之处在于，所有的在图1中为双极晶体管(10，12，28，30)的有源部件均由图2中的MOS场效应晶体管来代替，电路的其它部分相同。为了清楚起见，对应于图1的双极晶体管10，12，28和30的四个晶体管在图2中已示出并指示为MOS场效应晶体管10a，12a，28a和32a。
以此方式，本发明提供了一种高频放大器电路，其中可达到负阻抗消除效果，并且其中在低偏置电压条件下的功率消耗被减小。此外，制造的成本是经济的，表现在相同的电阻提供负阻抗消除和决定用于电路的电流镜部分的基准电流。
已参照若干优选实施例具体地示出和描述了本发明，本领域的普通技术人员可理解到，在不脱离本发明的精神或范畴的条件下可在形式和细节上进行各种变化。因此，例如，可采用不同类型的晶体管，并且可对电路结构进行替换，以适应特殊的设计要求。

Claims (5)

1.一种高频放大器电路(1，2)，包括一个放大晶体管(10，10a)和一个驱动器晶体管(12，12a)，所述放大晶体管连接成一个共射极和一个共源极结构的其中之一，并且所述驱动器晶体管连接成一个集电极和一个共漏极结构的其中之一，一个电流镜偏置电路(18)耦合在所述驱动器晶体管的一个输入端和所述驱动器晶体管的一个输出端之间，和一个用于将所述电流镜耦合至所述驱动器晶体管的输入端的电阻(32)。
2.根据权利要求1所述的高频放大器电路，其特征在于，所述放大晶体管是一个以共射极结构连接的双极晶体管(10)，所述驱动器晶体管是一个以共集电极结构连接的双极晶体管(12)，并且所述构成电流镜偏置电路包括双极晶体管(28，30)。
3.根据权利要求1所述的高频放大器电路，其特征在于，所述放大晶体管是一个以共源极结构连接的场效应晶体管(10a)，所述驱动器晶体管是一个以共漏极结构连接的场效应晶体管(12a)，并且所述构成电流镜偏置电路包括场效应晶体管(28a，30a)。
4.根据权利要求1所述的高频放大器电路，其特征在于，所述电阻具有在大约20和大约100欧姆之间的一个值。
5.根据权利要求1所述的高频放大器电路，其特征在于，所述电阻提供负阻抗消除效果。
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