專利名稱：調諧放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種易于集成的調諧放大器，特別涉及一種調諧頻率和最大衰減量不相互干涉的、可任意調整的調諧放大器。
背景技術：
作為調諧放大器，先前已經(jīng)提出了并實際應用了使用有源元件和阻抗元件的各種電路。
在先有的調諧放大器中，調整調諧頻率時，最大衰減量就變化，調整最大衰減量時，調諧頻率就變化，因此，進行調諧頻率和最大衰減量互不干涉的調整極為困難。
另外，用集成電路形成能調整調諧頻率和最大衰減量的調諧放大器也存在著困難。
因此，本發(fā)明的目的在于解決這些問題。
發(fā)明的公開本發(fā)明的調諧放大器包括由把通過輸入阻抗輸入的交流信號轉換成同相和反相的交流信號并輸出的轉換裝置和把所轉換的兩個交流信號通過第一阻抗元件和第一電阻進行合成并移相的裝置構成的第一移相電路；由把該第一移相電路移相的交流信號轉換成同相和反相的交流信號并輸出的轉換裝置和把所轉換的兩個交流信號通過第二阻抗元件和第二電阻進行合成并移相的裝置構成的、在與上述第一移相電路相同方向上移相的第二移相電路；使該第二移相電路的輸出的相位反相并輸出的反相電路；和把該反相電路的輸出通過反饋阻抗反饋到第一移相電路的轉換裝置的輸入端的電路。
另外，本發(fā)明的調諧放大器還包括由把通過輸入阻抗輸入的交流信號轉換成同相和反相的交流信號并輸出的轉換裝置和把所轉換的兩個交流信號通過第一阻抗元件和第一電阻進行合成并移相的裝置構成的第一移相電路；把用該第一移相電路移相的交流信號轉換成同相和反相的交流信號并輸出的轉換裝置和把所轉換的兩個交流信號通過第二阻抗元件和第二電阻進行合成并移相的裝置構成的、在與上述第一移相電路相反的方向上進行移相的第二移相電路；使該第二移相電路的輸出以同相方式輸出的非反相電路和把該非反相電路的輸出通過反饋阻抗反饋到第一移相電路的轉換裝置的輸入的電路。
附圖的簡單說明

圖1是示出本發(fā)明的調諧放大器的第一形態(tài)的電路圖；圖2是用傳遞函數(shù)K表示本發(fā)明的調諧放大器的電路圖；圖3是圖1所示電路中的移相電路的等效電路圖；圖4是表示圖3所示電路的移相狀態(tài)的圓圖；圖5是表示圖1所示電路中輸入電阻和反饋電阻的比值n和最大衰減量的關系的特性曲線圖；圖6是本發(fā)明的調諧放大器的第二形態(tài)的電路圖；圖7是圖6所示電路中的移相電路的等效電路圖；圖8是表示圖7所示電路的移相狀態(tài)的圓圖；圖9是本發(fā)明的調諧放大器的第三形態(tài)的電路圖；圖10是本發(fā)明的調諧放大器的第四形態(tài)的電路圖；圖11是本發(fā)明的調諧放大器的第五形態(tài)的電路圖；圖12是本發(fā)明的調諧放大器的第六形態(tài)的電路圖；圖13是本發(fā)明的調諧放大器的其他形態(tài)的電路圖。
實施發(fā)明的最佳形態(tài)(第一實施形態(tài))如圖1所示，本發(fā)明的調諧放大器包括縱向連接的第一移相電路1C、第二移相電路2C和反相電路3，還包括形成了在輸入端4和相加點5之間連接的輸入阻抗的電阻Ri(＝nRo)以及形成了在反相電路3的輸出端6和相加點5之間連接的反饋阻抗的電阻Ro和隔直流用電容Co的串聯(lián)連接。
兩個移相電路1C和2C的結構基本相同，包括具有柵極G、漏極D和源極S的FET(F1、F2)；在正電源和漏極D之間連接的電阻Rd；在負電源和源極S間連接的電阻Rs；形成與漏極D相連的阻抗元件的電容C和與源極相連的可變電阻R。電容C和可變電阻R的輸出側在公共點連接。漏極側的電阻Rd和源極側的電阻Rs的具有大致相同的電阻值。
反相電路3包括具有柵極G、漏極D和源極S的FET(F3)；在正電源和漏極D之間連接的電阻rd以及在負電源和源極S間連接的電阻rs，把漏極側的電阻rd設定為比源極側的電阻rs大的電阻值(rd＞rs)使其放大倍數(shù)大于1。
第一移相電路1C中的FET(F1)的柵極G成為相加點5，輸入端4通過可調輸入電阻Ri和隔直流用電容Co與其相連，反相電路3的輸出端6通過反饋電阻Ro和隔直流用電容Co與其相連，并且，通過電阻R3向FET(F1)的柵極G施加由電阻R1和R2將電源電壓分壓的偏壓。
第一移相電路1C的輸出與第二移相電路2C中的FET(F2)的柵極G相連，第二移相電路2C的輸出與反相電路3的FET(F3)的柵極G相連，該FET(F3)的漏極D與輸出端6相連，同時還通過反饋電阻Ro和隔直流用電容Co與相加點5相連。
下面對這樣構成的調諧放大器的操作進行說明。
如果把連接了這樣的移相電路1C、2C而形成的電路作為具有傳遞函數(shù)為K的電路，則系統(tǒng)整體就如圖2(a)所示。另外，圖2(a)的電路可以用米勒定理轉換成圖2(b)所示，系統(tǒng)整體的傳遞函數(shù)A可用下式表示A=VoVi=kn(1-k)+1---(1)]]>向各級移相電路1C、2C中的FET(F1、F2)的柵極G施加交流電壓，就在漏極D產(chǎn)生反相的交流電壓，在源極S產(chǎn)生同相的交流電壓。這些移相電路1C、2C可表示成圖3所示的等效電路，包括由產(chǎn)生與輸入的交流信號Ei同極性的交流信號的信號源11、產(chǎn)生與輸入的交流信號Ei反極性的交流信號的信號源12、電容C和電阻R構成的閉環(huán)。
在該等效電路所示的移相電路中，如圖4的圓圖所示，構成電阻R的電壓成分(IR)和電容C的電壓成分(I/jωc)正交、輸出電壓E的絕對值等于圓的半徑即輸入的交流電壓Ei、保持輸出電壓Eo的絕對值恒定的移相電路。
該移相電路1C、2C的輸出電壓Eo和輸入電壓Ei正交的條件是電阻R的電壓成分(IR)與電容C的電壓成分(I/jωc)的絕對值相等，因此輸出電壓Eo的相位相對于輸入電壓旋轉90時，WCR＝1成立。
用I=2EiR+(1+jωc)---(2)]]>求出流過圖3所示等效電路的閉環(huán)的電流I。輸出電壓Eo滿足Eo+IR-Ei＝0(3)把式(2)代入式(3)求出輸出電壓Eo=1-jωCR1+jωCR•Ei---(4)]]>因此每一級移相電路的傳遞函數(shù)k1為K1=EoEi=1-jωCR1+jωCR---(5)]]>相同構成的兩級連接的移相電路的傳遞函數(shù)K為k=(1-jωCR)2(1+jωCR)2]]>=(jωCR)2-2jωCR+1(jωCR)2+2jωCR+1---(6)]]>連接了反相電路3的傳遞函數(shù)K為k=-(jωCR)2-2jωCR+1(jωCR)2+2jωCR+1---(7)]]>把式(7)代入式(1)，得到A=-12n+1•[1-(ωCR)2-2jωCR]1-(ωCR)2+2jωCR2n+1---(8)]]>從該式(8)可知，ω＝0(直流域)時，A＝-1/(2n+1)，產(chǎn)生最大衰減量。另外，在ω＝∞時也同樣產(chǎn)生最大衰減量。在ωCR＝1(調諧點)中A＝1，與“n”無關。換言之，如圖5所示，即使改變“n”調諧點也不移動，調諧點的衰減量也不變化。
象該第一實施例那樣，使用作為阻抗元件的靜電電容C時的時間常數(shù)T＝CR，增大靜電電容C和電阻R很容易，因此在低頻段工作時比較有利。
(第二實施形態(tài))如圖6所示，本發(fā)明的調諧放大器包括縱向連接的第一移相電路1L、第二移相電路2L和反相電路3，還包括在輸入端4和相加點5之間連接的電阻Ri(＝nRo)以及在反相電路3的輸出端6和相加點5之間連接的反饋電阻Ro。
兩個移相電路1L和2L的構成基本相同，包括FET(F1、F2)、在正電源和漏極D之間連接的電阻Rd、在負電源和源極S之間連接的電阻Rs、作為阻抗元件與漏極D相連的電感L和與源極相連的可變電阻R，電感L和可變電阻R的輸出側在公共點連接。另外，與電感L串聯(lián)連接的電容Cd用于隔直流電流，把該阻抗的工作頻率設定為極小，漏極側的電阻Rd和源極側的電阻Rs具有大致相同的電阻值。
在該第二實施例中，移相電路1L、2L可表示為圖7所示的等效電路，包括由產(chǎn)生與輸入的交流信號Ei同極性的交流信號的信號源11、產(chǎn)生與輸入的交流信號Ei反極性的交流信號的信號源12、電感L和電阻R構成的閉環(huán)。
在該等效電路所示的移相電路中，如圖8的圓圖所示，構成了電阻的電壓成分(IR)和電感L的電壓成分(I·JωL)正交、輸出電壓Eo的絕對值等于圓的半徑即輸入的交流電壓Ei、保持輸出電壓Eo的絕對值恒定的移相電路。
如圖8的圓圖所示，移相電路1L和2L中，電阻R的電壓成分(IR)和電感L的電壓成分(I·jωL)正交、輸出電壓Eo的絕對值等于圓的半徑即輸入的交流電壓Ei、保持輸出電壓Eo的絕對值恒定的移相電路。
該移相電路1L、2L的輸出電壓Eo和輸入電壓Ei正交的條件是電阻R的電壓成分(IR)與電感L的電壓成分(I·jωL)的絕對值相等，因此輸出電壓Eo的相位相對于輸入電壓Ei旋轉90°時，ωL/R＝1成立。
這樣，把兩級移相電路1L、2L中的相移量相加得到180°、經(jīng)反相電路3反相變成360°，可以進行頻率的調諧放大操作。
如同該第二實施形態(tài)那樣，作為阻抗元件使用電感L時的時間常數(shù)T＝L/R，由于減小電感L比較容易，所以在高頻段工作時比較有利。
(第三實施形態(tài))如圖9所示，本發(fā)明的調諧放大器包括縱向連接的第一移相電路1L、第二移相電路2C和反相電路3，還包括在輸入端4和相加點5之間連接的電阻Ri(＝nRo)以及在反相電路3的輸出端6和相加點5之間連接的反饋電阻Ro。
第一稱相電路1L包括FET(F1)、在正電源和漏極間連接的電阻Rd、在負電源和源極間連接的電阻Rs、作為阻抗元件與漏極相連的電感L和與源極相連的可變電阻R，電感L和可變電阻R的輸出側在公共點連接。另外，與電感串連連接的電容Cd用于隔直流電流，漏極側的電阻Rd和源極側的電阻Rs具有大致相同的電阻值。
第二移相電路2C包括FET(F2)、在正電源和漏極間連接的電阻Rd、在負電源和源極間連接的電阻Rs、與源極相連的可變電阻R、作為阻抗元件與漏極相連的電容C，電容C和可變電阻R的輸出側在公共點連接。漏極側的電阻Rd和源極側的電阻Rs具有大致相同的電阻值。
在該第三實施形態(tài)中，通過把第一移相電路1L和電感L與FET(F1)的漏極相連、把第二移相電路2C的電容C與FET(F2)的源極相連，由于即使同時使用電感L和電容C也能進行相同方向上的移相，因此對兩級移相電路1L、2C中的相移量進行相加得到180°、經(jīng)反相電路3反相變成360°，可以進行頻率的調諧放大操作。
在該第三實施形態(tài)中，頻率變高，第一移相電路1L的電感L上的阻抗變大，負載變輕，輸出變大，而第二移相電路2C的電容C的阻抗變小，負荷變大，輸出變小。這樣，在兩個移相電路中，由于頻率的高低和輸出的大小存在相互抵消的關系，所以適合于工作頻率在中頻段中。
(第四實施形態(tài))如圖10所示，本發(fā)明的調諧放大器包括縱向連接的第一移相電路1L、第二移相電路2C和包括作為緩沖電路工作的FET(F3)和晶體管Tr的非反相電路7，還包括在輸入端4和相加點5之間連接的輸入電阻Ri(＝nRo)以及在非反相放大電路7的輸出端6和相加點5之間連接的反饋電阻Ro。
第一移相電路1L包括FET(F1)、在正電源和漏極間連接的電阻Rd、在負電源和源極間連接的電阻Rs、作為阻抗元件與漏極相連的電感L和與源極相連的可變電阻R，電感L和可變電阻R的輸出側在公共點連接。與電感L串聯(lián)連接的電容Cd用于隔直流電流，漏極側的電阻Rd和源極側的電阻Rs具有大致相同的電阻值。
第二移相電路2C包括FET(F2)、在正電源和漏極間連接的電阻Rd、在負電源和源極間連接的電阻Rs、作為阻抗元件與漏極相連的電容C和與漏極相連的可變電阻R，電容C和可變電阻R的輸出側在公共點連接。漏極側的電阻Rd和漏極側的電阻Rs具有大致相同的電阻值。
在該第四實施形態(tài)中，通過把第一移相電路1L的電感L與FET(F1)的漏極相連、把第二移相電路2C的電感C與FET(F2)的漏極相連，同時用電感L和電容C進行反向移相，在兩級移相電路1L、2C中的相移進行相加成為0°，經(jīng)非反相放大電路7在不反相的情況下通過反饋電路Ro向相加點5引入正反饋就能進行調諧放大操作。
作為緩沖電路工作的非反相放大電路7包括FET(F3)、在正電源和漏極間連接的電阻rd、在負電源和漏極間連接的電阻rs和其基極連接到FET(F3)的漏極的PNP晶體管Tr。該晶體管Tr的發(fā)射極直接連到正電源上，集電極通過電阻rc與FET(F3)的漏極相連。通過調整該電阻rc就能使非反相放大電路7的放大系數(shù)改變。
(第五實施形態(tài))如圖11所示，本發(fā)明的調諧放大器包括縱向連接的第一移相電路1C、第二移相電路2C和作為緩沖電路工作的非反相放大電路7，還包括在輸入端4和相加點5之間連接的輸入電阻Ri(＝nRo)以及在非反相放大電路7的輸出端6和相加點5間連接的反饋電阻Ro。
第一移相電路1C包括FET(F1)、在正電源和漏極間連接的電阻Rd、在負電源和漏極間連接的電阻Rs、作為阻抗元件與漏極相連的電容C和與源極相連的可變電阻R，電容C和可變電阻R的輸出側在公共點連接。
第二移相電路2C包括FET(F2)、在正電源和漏極間連接的電阻Rd、在負電源和源極間連接的電阻Rs、與源極相連的可變電阻R和作為阻抗元件與源極相連的電容C，可變電阻和電容C的輸出端在公共點連接。
另外，在兩級移相電路1C、2C中，漏極側的電阻Rd和源極側的電阻Rs具有大致相同的電阻值。
第一移相電路1C的輸入中的相加點5通過可調整的輸入阻抗Ri與輸入端4相連、通過反饋電阻Ro與非反相放大電路3的輸出端6相連。
另外，通過向FET(F1)的柵極施加用電阻R1和R2分壓電源電壓得到的偏壓，F(xiàn)ET(F1)的柵極通過隔直流用電容Co與相加點5相連。在放大低頻信號時，可以省去電容Co。
在該實施例中，通過在FET(F1)的漏極側連接第一移相電路1C的電容C、在FET(F2)的漏極側連接第二移相電路2C的電容C，使在兩級移相電路1C、2C中以相互反向的方式移相，對兩級移相電路1C、2C中的相移量相加得到0°，若在非反相放大電路7不反相的情況下通過反饋電阻Ro向相加點5引入正反饋的話，可以進行調諧放大操作。
(第六實施形態(tài))在圖11所示的第五實施例中，在各移相電路1C、2C中使用了作為阻抗元件的電容c，然而如圖12所示，也可以使用電感L作為阻抗元件。
第一移相電路1L包括FET(F1)、在正電源和漏極間連接的電阻Rd、在負電源和漏極間連接的電阻Rs、作為阻抗元件與漏極相連的電感L和與源極相連的可變電阻R，電感L和可變電阻R的輸出端在公共點連接。
第二移相電路2L包括FET(F2)、在正電源和漏極間連接的電阻Rd、在負電源和漏極間連接的電阻Rs、與漏極相連的可變電阻和作為阻抗元件與漏極相連的電感L，電感L和可變電阻的輸出側在公共點相連。
另外，在各級移相電路1L、2L中，與電感L串聯(lián)連接的電容Cd用于隔直流電流，把該阻抗在工作頻率處設定得極小，漏極側的電阻Rd和源極側的電阻Rs具有基本相同的電阻值。
在該實施例中，通過把第一移相電路1L的電感L與FET(F1)的漏極相連、把第二移相電路2L的電感L與FET(F2)的源極相連，使第一移相電路1L和第二移相電路2L相互反向地移相，對兩級移相電路1L、2L中的相移量相加得到0°，若在非反相放大電路3不反相的情況下通過反饋電阻Ro向相加點5引入正反饋的話，可以進行調諧放大操作。
(實施發(fā)明的其他形態(tài))在以上說明的實施發(fā)明的形態(tài)中，在移相電路中使用FET，但使用雙極晶體管也能進行同樣的操作。
此外，如圖13所示，作為各移相電路1、2中的電阻R使用FET(f1，f2)的源-漏間的溝道，外部使該FET(f1，f2)的柵極電壓改變，溝道的電阻也改變，各移相電路的相移就改變，就可以任意調整調諧頻率。在調整調諧頻率時，通過改變兩級移相電路中任一級的電阻R的電阻值可以更容易地進行微調。
同樣，輸入電阻Ri(＝nRo)也可以使用FET(f3)的源-漏間的溝道來形成，外部使該FET(f3)的柵極電壓改變，則溝道的電阻就改變，使式(8)中的“n”變化，因此，如圖5所示，可以調整最大衰減量。
在使用多級輸出電壓恒定的理想的移相電路時，即使單獨改變電路參數(shù)的電阻R，即使雙方以相互關連的方式變化輸出電壓也不變化。也就是說，在集成電路上把調諧放大器的整個電路集成為單片時比較有利。
另外，作為各移相電路中的阻抗元件使用電容時，也可以通過SiO2等絕緣氧化膜形成電容；作為各移相電路中的阻抗元件使用電感時，可以用照相蝕刻法形成螺旋狀的繞組。
作為阻抗元件使用電容C時的時間常數(shù)T＝CR，作為阻抗元件使用電感L時的時間常數(shù)T＝L/R，因此，在低頻段工作時使用電容C比較有利，在高頻段工作時使用電感L比較有利。
這樣，構成本發(fā)明的調諧放大器的各個元件可以用半導體制造方法形成因此，可以在半導體晶片上作為集成電路形成調諧放大器，通過大量生產(chǎn)可廉價地制造。
工業(yè)上的可利用性從上面根據(jù)實施本發(fā)明的最佳形態(tài)進行的說明可以知道，按照本發(fā)明的調諧放大器，調諧頻率和最大衰減量互不干涉，可任意進行調整，可得到符合放大信號的頻率和波形，并且，構成調諧放大器的各個元件可以通過半導體制造方法形成，因此，調諧放大器可以作為集成電路以小型化的方式形成在半導體晶片上，通過大量生產(chǎn)可廉價地制造。
特別是如果在各移相電路中作為可變電阻使用FET的源-漏間的溝道、從外部調整施加到該FET柵極上的控制電壓來改變溝道的電阻，就可避免外加控制電壓的布線的電感和靜電電容等的影響，能夠得到具有與設計形狀大體一致的理想特性的調諧放大器。
另外，在用電容C和電感L構成的調諧電路中，因為調諧頻率fo=1/2πLC,]]>所以，為調整調諧頻率而改變電容C或電感L時，頻率與該改變量的平方根成正比改變，然而根據(jù)本發(fā)明的調諧放大器能夠與電阻成正比改變調諧頻率，因此可以進行大幅度的調整。
權利要求
1.一種調諧放大器，其特征在于包括由把通過輸入阻抗輸入的交流信號轉換成同相和反相的交流信號并輸出的轉換裝置和把所轉換的兩個交流信號通過第一阻抗元件和第一電阻進行合成并移相的裝置構成的第一移相電路；由把該第一移相電路移相的交流信號轉換成同相和反相的交流信號并輸出的轉換裝置和把所轉換的兩個交流信號通過第二阻抗元件和第二電阻進行合成并移相的裝置構成的、在與上述第一移相電路相同方向上移相的第二移相電路；使該第二移相電路的輸出反相并輸出的反相電路；和把該反相電路的輸出通過反饋阻抗反饋到上述第一移相電路的轉換裝置的輸入的電路。
2.權利要求1記載的調諧放大器的特征在于改變第一移相電路的第一電阻和/或第二移相電路的第二電阻來改變調諧頻率。
3.權利要求1記載的調諧放大器的特征在于改變作為輸入阻抗的電阻與作為反饋阻抗的電阻的電阻值之比來改變最大衰減量。
4.權利要求1記載的調諧放大器的特征在于由FET的溝道形成各個電阻。
5.權利要求1記載的調諧放大器的特征在于調諧放大器作為半導體集成電路來形成。
6.一種調諧放大器，其特征在于包括由把通過輸入阻抗輸入的交流信號轉換成同相和反相的交流信號并輸出的轉換裝置和把所轉換的兩個交流信號通過第一阻抗元件和第一電阻進行合成并移相的裝置構成的第一移相電路；把用該第一移相電路移相的交流信號轉換成同相和反相的交流信號并輸出的轉換裝置和把所轉換的兩個交流信號通過第二阻抗元件和第二電阻進行合成并移相的裝置構成的、在與上述第一移相電路相反方向上移相的第二移相電路；使該第二移相電路的輸出通過反饋阻抗反饋到上述第一移相電路的轉換裝置的輸出的電路。
7.權利要求6記載的調諧放大器的特征在于在第二移相電路的輸出和反饋阻抗間介入非反相放大器。
8.權利要求6記載的調諧放大器的特征在于改變第一移相電路的第一電阻和/或第二移相電路的第二電阻來改變調諧頻率。
9.權利要求6記載的調諧放大器的特征在于改變作為輸入阻抗的電阻與作為反饋阻抗的電阻的電阻值之比來改變最大衰減量。
10.權利要求6記載的調諧放大器的特征在于由FET的溝通形成各個電阻。
11.權利要求6記載的調諧放大器的特征在于調諧放大器作為半導體集成電路來形成。
全文摘要
目的在于得到一種易于集成的、調諧頻率和最大衰減量互不干涉的、可任意調整的調諧放大器，包括由把通過輸入阻抗輸入的交流信號轉換成同相和反相的交流信號并輸出的轉換裝置(F1)和把所轉換的兩個交流信號通過第一阻抗元件C和第一電阻R進行合成并移相的裝置構成的第一移相電路1C；由把該第一移相電路1C移相的交流信號轉換成同相和反相的交流信號并輸出的轉換裝置(F2)和把所轉換的兩個交流信號通過第二阻抗元件C和第二電阻R進行合成并移相的裝置構成的、在與上述第一移相電路1C相同方向上移相的第二移相電路2C；使該第二移相電路的輸出反相并輸出的反相電路3；和把該反相電路3的輸出通過反饋電阻R
文檔編號H03F3/193GK1152977SQ9519383
公開日1997年6月25日 申請日期1995年5月9日 優(yōu)先權日1994年5月10日
發(fā)明者池田毅, 大江忠孝 申請人:池田毅