專利名稱：具有直接耦合級的晶體管電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體管電路，更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及一種配置有直接耦合級的晶體管電路，這種電路能夠補(bǔ)償由于高電平輸入而造成一個或多個晶體管的工作點(diǎn)漂移的影響，這種電路最好是應(yīng)用于諸如可工作在大約IV的低供電電壓的便攜式或移動電話的無線電通信系統(tǒng)中。
近年來，為了減小諸如移動電話之類的無線電通信系統(tǒng)的體積，在系統(tǒng)中包括有越來越多的集成電路(IC)。在這些環(huán)境下，由于IC的芯片尺寸直接影響到系統(tǒng)的尺寸，所以IC的結(jié)構(gòu)必須盡可能地小。
眾所周知，通常，電容器的芯片面積與諸如電阻和晶體管之類的其它電子元件相比要更大些，并且，該芯片面積隨著電容值的增加而成正比地增加。這就意味著在減小IC芯片尺寸中這些電容形成瓶頸。
分立電容元件可配置在IC的外部并與該IC相連，以減少在IC中的電容器數(shù)量。但是，在這種情況中，所產(chǎn)生的缺點(diǎn)是這些分立電容元件使得無線電通信系統(tǒng)的部件或子系統(tǒng)的總的安裝面積加大，這與減小無線電通信系統(tǒng)體積的要求正好相反。因此，必須要減少在系統(tǒng)中的電容器的本身數(shù)量。
因而，為了減少在為這種類型的無線電通信系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的IC中的電容器的數(shù)量，直接耦合配置通常被用于在IC中的諸如放大器、混頻器等的晶體管電路的內(nèi)連連接級。


圖1示出了插入到一用于移動電話的IC中的已有技術(shù)晶體管放大器電路的電路構(gòu)成。在圖1中，該已有技術(shù)晶體管放大器電路100的輸入端通過調(diào)諧電路102與天線101相連并且其輸出端與解調(diào)器105的輸入端相連。解調(diào)器105的輸出與數(shù)據(jù)處理器106的輸入端相連。數(shù)據(jù)處理器106的輸出與接收指示器107的輸入端相連。
天線101接收包括被傳送的無線電頻率(RF)信號的無線電波。調(diào)諧電路102選擇一由天線101所接收RF信號中的希望的信號，并且向放大器電路100輸出所希望的、所選擇的RF信號。因此而輸入到放大器電路100中的RF信號被稱之為輸入電壓VIN。
放大器電路100放大該輸入電壓VIN并將所放大的RF信號輸出到解調(diào)器105。從該放大器電路100中輸出的被放大的RF信號稱之為輸出電壓Vout。
解調(diào)器105對從放大器電路100輸出的RF信號(即，輸出電壓Vout)進(jìn)行解調(diào)并且向數(shù)據(jù)處理器106輸出被解調(diào)的信號。數(shù)據(jù)處理器106根據(jù)被解調(diào)信號執(zhí)行預(yù)定的數(shù)據(jù)處理操作。如果在被解調(diào)信號中所包含的識別號(ID NO.)與用戶或持有者的ID No.相一致，則數(shù)據(jù)處理器向該接收指示器107發(fā)送一特定信號，通知所述通信或消息的接收用戶。此后，該用戶必然存取所接收的通知或消息。
從圖1可見，已有技術(shù)放大器電路100具有兩個相互直接耦合的放大器級103和104而沒有使用任何耦合電容。
第一放大器級103具有一npn型雙極型晶體管TR101，其發(fā)射極接地并且負(fù)載電阻R101(電阻RL)連接到晶體管TR101的集電極。來自調(diào)諧電路102的輸入電壓VIN被提供給晶體管TR101的基極。晶體管TR101的集電極通過負(fù)載電阻R101連接到提供恒定電壓Vcc的電源。這里Vcc＝1V。VIN的被放大電壓，即第一放大器級103的輸出電壓V1從晶體管TR101的集電極得到。
第二放大器級104具有一npn型雙極型晶體管TR102，其發(fā)射極接地并且負(fù)載電阻R104連接到晶體管TR102的集電極。第一放大器級103的輸出電壓V1通過耦合電阻R103提供給晶體管TR102的基極。晶體管TR102的集電極通過負(fù)載電阻R104連接到提供恒定電壓Vcc的電源。V1的被放大電壓，即第二放大器級104的輸出電壓VouT從晶體管TR102的集電極得到并且提供給解調(diào)器105。
由于傳播和/或反射條件的變化，所傳送的無線電波的強(qiáng)度在空氣中產(chǎn)生起伏現(xiàn)象。如果天線101被安置在無線電波的強(qiáng)度是一高電平的位置處，則放大器電路100的第一放大器級103的輸入電平(即，到第一放大器組103的輸入電壓VIN)具有一大的幅值。顯然，由于在第一放大器級103中的放大操作，放大器電路100的輸出電壓VouT具有比輸入電壓VIN要大的幅值。這意味著放大器電路100的輸出電壓VouT具有一用來接收所傳送的通知或消息的一足夠的幅值。盡管有這種事實(shí)，還存在有圖1中的電話不能執(zhí)行它的接收操作的可能性，其原因如下所述。
這里，如圖1所示，將晶體管TR101的基極-發(fā)射極電壓、集電極-發(fā)射極電壓、基極電流和集電極電流分別定義為VBE101、VCE101、IB101和IC101。類似地，將晶體管TR102的基極-發(fā)射極電壓、集電極-發(fā)射極電壓、基極電流和集電極電流分別定義為VBE102、VCE102、IB102和IC102。
輸入電壓VIN被表示為偏壓(dc)分量VBB和信號(ac)分量VIN之和。基極-發(fā)射極電壓VBE101等于輸入電壓VIN，從而建立如下等式(1)。
VIN＝VBE101＝VBB+VIN(1)晶體管TR101的基極電流IB101表示為偏壓(dc)分量IBB101和信號(ac)分量iB101之和。因此，建立以下等式(2)。
IB101＝IBB101+iB101(2)圖2示出了在第一放大級103中的晶體管TR101的IBE101-VBE101特性，在該特性中，標(biāo)號P1表示位于該IBE101-VBE101特性曲線52上的晶體管TR101的工作點(diǎn)。從式(1)和(2)中可見，該工作點(diǎn)P1具有VBB的一橫坐標(biāo)值和IBB101的縱坐標(biāo)值。
輸入電壓VIN(即，晶體管TR101的基極-發(fā)射極電壓VBE101)隨著由圖2中的周期波形51a和51b簡要所示的時間而變化。具有小幅值的波形51a表示在所接收的無線電波的強(qiáng)度處于低電平情況下VIN和VBE101的變化。具有大幅值的波形51b表示在所接收無線電波的強(qiáng)度處于非常高電平情況下VIN和VBE101的變化。
由于VIN或VBE101的變化，晶體管TR101的基極電流IB101隨著由圖2中的周期波形53a和53b所簡要表示的時間而變化。具有小幅值的波形53a表示由具有一小幅值的VIN和VBE101的波形51a所引起的IB101的變化。具有大幅值的波形53b表示由具有一大幅值的VIN和VBE101的波形51b所引起的IB101的變化。
從波形53a可見，當(dāng)該無線電波的接收強(qiáng)度低時，不會出現(xiàn)問題。但是，當(dāng)無線電波的接收強(qiáng)度很高時，就出現(xiàn)了波形53b有一較大失真的問題。這是由于高于電平IBB101的波形53b的部分被完全地放大而低于電平IBB101的波形53b的部分未被完全地放大，這個結(jié)果是因?yàn)樵揑BE101-VBE101特性曲線52的形狀而造成的。
波形53b所示的狀態(tài)等效于基極電流IB101的dc分量或平均值從它的原始值IBB101上升到一所不希望的值IBB101’的狀態(tài)，這里IBB101＜IBB101’。因此，晶體管TR101的dc分量或平均值增加，其結(jié)果圖3中所示的工作點(diǎn)p2被移至點(diǎn)p2’。
圖3示出了在第一放大級103中的晶體管TR101的Ic101-VCE101特性，在其中標(biāo)號60表示晶體管TR101的負(fù)載線。曲線63表示在IB101＝IBB101處(即，在圖2中的工作點(diǎn)P1處)的IC101-VCE101特性。曲線64表示在IB101＝IBB101’處的IC101-VCE101特性。
由于上述晶體管的集電極電流IC101的dc分量的不希望的增長，而使得位于曲線63上的晶體管TR101的工作點(diǎn)P2被移至位于曲線64上的所不希望的點(diǎn)P2’。所不希望點(diǎn)P2’是位于晶體管TR101的該工作的飽和范圍62之內(nèi)。
在不希望點(diǎn)P2’處該集電極電流IC101的dc分量值很大，因此由負(fù)載電阻R101所導(dǎo)致的電降壓也很大。大的電壓降導(dǎo)致晶體管TR101的集電極-發(fā)射極電壓VCE101的dc分量值(即，第一放大級103的輸出電壓V1的dc分量值)減小。因?yàn)樵诘诙糯蠹?04中該輸出電壓等于晶體管TR102的基極至發(fā)射極電壓VBE102，所以基極至發(fā)射極電壓VBE102的dc分量值主要從它的所希望值降低。
其結(jié)果，如在指明在晶體管TR102的基極至發(fā)射極電壓VBE102和基極電流IB102之間關(guān)系的圖4所示，基極至發(fā)射極電壓VBE102的dc分量值要比它的所希望值小的多，換句話說，晶體管TR102的工作點(diǎn)被從IBE102-VBE102曲線55中移動。這意味著晶體管TR102不能執(zhí)行它的放大操作和在圖1中的該電話盡管在所接收的無線電波的強(qiáng)度非常高的情況下也不能執(zhí)行它的接收操作。在圖4中，標(biāo)號54表示基極至發(fā)射極電壓VBE102的波形，即第一放大器級103的輸出電壓V1的波形。
例如，由于在圖3中該工作點(diǎn)從P2移至P2’，所以晶體管TR101的集電極至發(fā)射極電壓VCE101的dc或偏置分量(即，第一放大器級103的輸出電壓V1)從0.8v急劇地下降至0.2v，同時電源電壓Vcc等于1v。眾所周知，通常，當(dāng)基極至發(fā)射極電壓VBE102大約為0.6v時晶體管TR102開始它的放大工作。因此，在這種情況中，晶體管TR102不能放大所提供的電壓V1，換句話說，沒二有信號從第一級103傳送到第二級104。
如上所述，在圖1中所示的該已有技術(shù)晶體管放大器電路100所具有的問題是存在有盡管所接收的無線電波的幅值很高但該電話不能執(zhí)行它的接收操作的可能性。這個問題可以通過提高電源電壓Vcc來解決或抑制。但是，提高電源電壓在諸如便攜式電話之類的通信系統(tǒng)中從功耗盡可能低的觀點(diǎn)來考慮并不是最可取的。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種晶體管電路，這種晶體管電路即使當(dāng)一輸入信號是一高電平時也能在兩個處于低電源電壓的相連的直接耦合級之間確保信號傳送。
本發(fā)明的另一目的是提供一種晶體管電路，這種晶體管電路能補(bǔ)償由于高電平輸入而導(dǎo)致的一個晶體管或多個晶體管的工作點(diǎn)的漂移的影響。
上述目的以及其它未具體提及的目的一起通過如下的說明可使本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更為清楚。
根據(jù)本發(fā)明的一晶體管電路包括具有第一晶體管和與第一晶體管的集電極或漏極相連的第一負(fù)載的第一級，和具有第二晶體管的第二級。
在第一級中輸入電壓被加到第一晶體管的基極或柵極。該第一晶體管根據(jù)該輸入電壓提供一流經(jīng)第一負(fù)載的第一輸出電流，因此在第一晶體管的集電極或漏極輸出第一輸出電壓。來自第一級的第一輸出電壓被提供給在第二級中的第二晶體管的基極或柵極而不使用任何的耦合電容。
第一負(fù)載具有響應(yīng)于第一輸出電流的dc分量的幅值的一可變電阻。
當(dāng)?shù)谝惠敵鲭娏鞯膁c分量的幅值由于輸入電壓的幅值增加而從一預(yù)定值增加時，第一輸出電壓的dc分量的幅值減小，第一負(fù)載的可變電阻減小，從而補(bǔ)償了第一輸出電壓的dc分量幅值的減小。
利用根據(jù)本發(fā)明的該晶體管電路，第一負(fù)載具有響應(yīng)于第一輸出電路的dc分量幅值的一可變電阻。當(dāng)?shù)谝惠敵鲭娏鞯膁c分量的幅值由于輸入電壓的幅值增加而從一預(yù)定值增加時，第一輸出電壓的dc分量的幅值減小，第一負(fù)載的可變電阻減小，從而補(bǔ)償了第一輸出電壓的dc分量幅值的減小。
因此，即使由于在一低電源電壓下大幅值輸入電壓使在第一級中的第一輸出電壓的dc分量的幅值減小(即，第一晶體管的工作點(diǎn)被移動)，第一輸出電壓的dc分量也可具有用來使在第二級中的第二晶體管工作的足夠電壓。因此，在第二級中的第二晶體管即使當(dāng)一大幅值信號被輸入到第一級時也可使用由第一級提供的第一輸出電壓工作。
其結(jié)果，即使當(dāng)一輸入信號是高電平時也可確保以低電源電壓在被直接耦合的第一和第二級之間的信號傳輸。換句話說，由于高電平輸入而導(dǎo)致的第一晶體管的工作點(diǎn)的漂移的影響可被補(bǔ)償。
在根據(jù)本發(fā)明的該晶體管電路的一最佳實(shí)施例中，第一負(fù)載包括有一第一負(fù)載電阻、一第二負(fù)載電阻和一第一二極管。第一負(fù)載電阻被連接到第一晶體管的集電極或漏極。第二負(fù)載電阻和第一二極管串聯(lián)連接。該負(fù)載電阻和第一二極管并聯(lián)連接到第一負(fù)載電阻。第一二極管的正向方向和第一輸出電流的方向相同。
在這個實(shí)施例中，還有另外的一個優(yōu)點(diǎn)，即具有響應(yīng)于所述第一輸出電流的dc分量的幅值而改變電阻的第一負(fù)載可以利用一個簡單和低成本的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
在這個實(shí)施例中，最好當(dāng)所述第一輸出電流的dc分量的幅值大于一個規(guī)定值時所述第一二極管導(dǎo)通，以便允許部分第一輸出電流能夠流經(jīng)所述第二負(fù)載電阻。在這種情況下，還有另外一個優(yōu)點(diǎn)，即通過預(yù)先簡單地設(shè)置所述第一二極管的規(guī)定值可以自動地導(dǎo)通或關(guān)斷用于所述第二負(fù)載電阻的電流路徑。
作為所述第一二極管，最好使用典型的結(jié)型二極管或齊納二極管。
在本發(fā)明所述晶體管電路的另一個最佳實(shí)施例中，所述第二晶體管具有一個連接到所述第二晶體管的集電極或漏極的第二負(fù)載。所述第二電阻根據(jù)來自所述第一級的第一輸出電壓產(chǎn)生流經(jīng)所述第二負(fù)載的第二輸出電流，借此在所述第二晶體管的集電極或漏極處輸出第二輸出電壓。所述第二負(fù)載具有響應(yīng)于所述第二輸出電流的dc分量的可變電阻。
在這個實(shí)施例中，呈現(xiàn)了一另外的優(yōu)點(diǎn)，即即使當(dāng)一大幅值信號被輸入到第二級時，在第二級和與第二級直接耦合的第三級之間的信號傳送被確保在一低電源電壓。
根據(jù)本發(fā)明的晶體管電路的另一最佳實(shí)施例，每一個第一和第二晶體管都是具有一共發(fā)射極結(jié)構(gòu)的雙極型晶體管。在這個實(shí)施例中，呈現(xiàn)了一另外的優(yōu)點(diǎn)，即本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)被有效地呈現(xiàn)。
在根據(jù)本發(fā)明的晶體管電路中，每一個第一和第二晶體管可以是具有一共源極結(jié)構(gòu)的MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。
最好是，第一級具有單個晶體管結(jié)構(gòu)或差分晶體管對結(jié)構(gòu)。但是，如果第一和第二晶體管是作為有源元件被使用則其它結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用到第一級。
為了使本發(fā)明易于實(shí)施，現(xiàn)結(jié)合附圖予以說明。
圖1示出了用于一移動電話的包括在一IC中的已有技術(shù)晶體管放大器電路的電路構(gòu)成示意圖。
圖2示出了在圖1的已有技術(shù)晶體管放大器電路的第一放大器級中該雙極性晶體管的基極至發(fā)射極電壓VBE101和基極電流IB101之間的關(guān)系。
圖3示出了在圖1的已有技術(shù)晶體管放大器電路的第一放大器級中該雙極性晶體管的集電極至發(fā)射極電壓VCE101和集電極電流IC101之間和關(guān)系。
圖4示出了在圖1的已有技術(shù)晶體管放大器電路的第二放大器級中該雙極性晶體管的基極至發(fā)射極電壓VBE102和基極電流IB102之間的關(guān)系。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的晶體管放大器電路的電路構(gòu)成的示意圖，該電路使用了雙極性晶體管并且被插入到一用于移動電話的IC中。
圖6示出了根據(jù)圖5的第一實(shí)施例在該晶體管放大器電路的第一放大器級中該雙極型晶體管的集電極至發(fā)射極電壓VCE1和集電極電流Ic1之間關(guān)系。
圖7示出了根據(jù)圖5的第一實(shí)施例和根據(jù)圖1的已有技術(shù)晶體管放大器電路在該晶體管放大器電路的第一放大器級中第一晶體管的集電極至發(fā)射極電壓VCE1或VCE101和輸入電壓VIN之間關(guān)系。
圖8的電路圖示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的一晶體管電路的電路構(gòu)成，該電路被包括在用于一移動電話的IC中。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的一晶體管放大器電路的電路構(gòu)成的圖示，該電路使用了MOSFET并且包括在一用于一移動電話的IC中。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的一晶體管放大器電路的電路構(gòu)成的圖示，該電路使用了雙極性晶體管，并且包括在一用于一移動電話的IC中。
下面將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的一種晶體管放大器電路。這種電路包含在一用于一移動電話的IC中。雖然這個IC中具有一傳送電路，但為了說明簡明起見，該傳送電路在圖5中被省略。
如圖5所示，根據(jù)第一實(shí)施例的該晶體管放大器電路10的輸入端通過一調(diào)諧電路2被連接到天線1，并且其輸出端與一解調(diào)器5相連。該解調(diào)器5的輸出端進(jìn)一步連接到一數(shù)據(jù)處理器6的輸入端。該數(shù)據(jù)處理器6的輸出端與一接收顯示器7的輸入端相連。
天線1接收包括被傳送的RF信號的無線電波。調(diào)諧電路2選擇由天線1所接收的RF信號中的一個所希望的信號并且向該放大器電路10輸出所選擇的希望RF信號。這種被輸入到放大器電路10的RF信號被稱之為輸入電壓VIN。
放大器電路10放大輸入電壓VIN并向解調(diào)器5輸出一被放大的RF信號。從放大器電路10輸出的該被放大的RF信號稱之為輸出電壓Vout。
解調(diào)器5對從放大器電路10輸出的RF信號(即，輸出電壓Vout)進(jìn)行解調(diào)并且向數(shù)據(jù)處理器6輸出一被解調(diào)信號。數(shù)據(jù)處理器6對該被解調(diào)信號執(zhí)行預(yù)定的數(shù)據(jù)處理操作。如果包含在該被解調(diào)信號中的ID No.與該用戶或持有者的IDNo.相符合，則該數(shù)據(jù)處理器6向接收顯示器7發(fā)送一特定信號，通知用戶接收所述通信或消息。此后，當(dāng)需要時用戶訪問所接收的通知或消息。
從圖5可見，放大器電路10具有二個未使用任何耦合電容而相互直接耦合的放大器級3和4。
第一放大器級3具有一npn型雙極型晶體管TR1，其發(fā)射極接地并且負(fù)載8(電阻RL)與晶體管TR1的集電極相連接。來自調(diào)諧電路2的輸入電壓VIN被提供給晶體管TR1的基極。晶體管TR1的集電極通過負(fù)載8與一電源(未示出)相連并且被提供有一恒定電源電壓VCC。這里，VCC＝1V。VIN的一被放大電壓，即第一大器級3的輸出電壓V1從晶體管TR1的集電極得到。
因此，第一放大器級3相對于該晶體管TR1具有一共發(fā)射極結(jié)構(gòu)。
負(fù)載8具有一負(fù)載電阻8、一典型的結(jié)型二極管D1和一另外的負(fù)載電阻R2。二極管D1和電阻R2相互串聯(lián)連接。串聯(lián)連接的二極管D1和電阻R2在節(jié)點(diǎn)N1和N2處與負(fù)載電阻R1并聯(lián)連接。二極管D1的正向取向與晶體管TR1的集電極電流Ic1的正向取向是相同的。
二極管D1作為一開關(guān)對電阻R2的電流通道進(jìn)行自動接通/關(guān)斷。如果由于負(fù)載電阻R1所導(dǎo)致的電壓降(即，節(jié)點(diǎn)N1和N2之間所產(chǎn)生的電壓)等于或小于一特定值，二極管D1被截止或打開。因此，集電極電流不能流經(jīng)電阻R2。如果由負(fù)載電阻R1所導(dǎo)致的電壓降(即，在節(jié)點(diǎn)N1和N2之間所產(chǎn)生的電壓)大于該特定值，則二極管D1被導(dǎo)通或接通，允許集電極電流的一部分流經(jīng)電阻R2。
例如，負(fù)載電阻R1的電阻值和集電極電流IC1的dc分量(即，偏流)是以這樣一種方式被確定，即當(dāng)該輸入電壓VIN的信號(ac)分量的幅值為零或很小時在節(jié)點(diǎn)N1和N2之間的電壓大約為0.2V。該結(jié)型二極管D1通常具有一當(dāng)所提供的電壓約為0.6V或較大時允許一電流流通的特性。換句話說，二極管D1具有約為0.6V的導(dǎo)通電壓。因此，當(dāng)輸入電壓VIN的信號分量的幅值為零或很小時，沒有電流流經(jīng)電阻R2。這種狀態(tài)與圖1中所示的已有技術(shù)放大器電路100的第一放大器級103的狀態(tài)是相同的。
另一方面，當(dāng)該輸入電壓VIN的信號分量的幅值很高時，該集電極電流IC1的dc或偏置分量變得高于它的所希望值，因而節(jié)點(diǎn)N1和N2之間的電壓變得高于二極管D1的導(dǎo)通電壓(約為0.6V)。因此，二極管D1被導(dǎo)通和集電極電流IC1的部分電流流經(jīng)電阻R2。這意味著流經(jīng)負(fù)載電阻R1的集電極電流IC1減小，換句話說，負(fù)載8的阻值減小。
其結(jié)果，不希望的集電極電流IC1的dc分量的增長被補(bǔ)償，并且在同時，第一放大器級3的輸出電壓V1(即，晶體管TR2的基極至發(fā)射極電壓VBE2)進(jìn)入晶體管TR2的可工作范圍。
第二放大器級4具有與第一放大器級3相同的構(gòu)成。詳細(xì)地說，第二放大器級4具有一npn型雙極性晶體管TR2，其發(fā)射極接地并且負(fù)載9連接到晶體管TR2的集電極。來自第一放大器級3的輸出電壓V1通過耦合電阻R3提供給晶體管TR2的基極。晶體管TR2的集電極通過負(fù)載9連接到VCC(＝1V)的電源。電壓V1的放大電壓，即放大器電路10的輸出電壓Vout，從晶體管TR2的集電極獲得。
因此，第二放大器級4也具有相應(yīng)于晶體管TR2的共發(fā)射極結(jié)構(gòu)。
負(fù)載9具有一負(fù)載電阻R4、一典型結(jié)型二極管D2和一另外的負(fù)載電阻R5。二極管D2和電阻R5相互串聯(lián)連接。串聯(lián)連接的二極管D2和電阻R5在節(jié)點(diǎn)N1和N2處與負(fù)載電阻R4相并聯(lián)。二極管D2的正向取向與晶體管TR2的集電極電流的取向是相同的。
二極管D2作為一開關(guān)對電阻R5的電流通道進(jìn)行自動地接通或關(guān)斷。因?yàn)槎O管D2的工作與二極管D1的工作是相同的，所以這里省略了有關(guān)二極管D2的說明。另外，晶體管TR2的工作與晶體管TR1的工作是相同的，所以在這里也不對有關(guān)晶體管TR2的工作進(jìn)行說明。
圖6示出了根據(jù)圖5的第一實(shí)施例在晶體管放大器電路10的第一放大器級3中的晶體管TR1的集電極至發(fā)射極電壓VCE1和集電極電流IC1之間的關(guān)系。
如圖6所示，當(dāng)該輸入電壓VIN的信號分量的幅值是零或很小時，晶體管TR1的工作點(diǎn)處于點(diǎn)P2(VCE1＝0.8V)，該點(diǎn)P2位于IB1＝IBB1曲線和直線負(fù)載線60的交匯處。這時，晶體管TR1的工作點(diǎn)是處于圖2中的P1所指明的相同點(diǎn)處。
當(dāng)輸入電壓VIN的信號分量的幅值很高時，晶體管TR1的集電極電流IC1的dc或偏置分量變得高于它所希望的值，因而節(jié)點(diǎn)N1和N2之間的電壓變得高于二極管D1的導(dǎo)通電壓(約為0.6V)。隨后，二極管D1被導(dǎo)通并且部分集電極電流Ic1流經(jīng)電阻R2。這意味著流經(jīng)負(fù)載電阻R1的集電極電流IC1減少，換句話說，負(fù)載8的電阻值減小。因此，在點(diǎn)P2處該負(fù)載線60的斜率增加，形成在點(diǎn)P2處負(fù)載線61彎曲。其結(jié)果，工作點(diǎn)被移至點(diǎn)P2”，點(diǎn)P2”位于IB1＝IBB1’的曲線和負(fù)載線61的交匯處。
在該已有技術(shù)放大器100中，如前所述，當(dāng)輸入電壓的信號分量的幅值很高時，工作點(diǎn)被移至P2’，該P(yáng)2’是位于IB1＝IBB1’的曲線和負(fù)載線60的交匯處。
圖7示出了根據(jù)圖5的第一實(shí)施例的電路10中的輸入電壓VIN和集電極至發(fā)射極電壓VCE1之間的關(guān)系(曲線74)和在圖1的該已有技術(shù)電路100中的輸入電壓VIN和集電極至發(fā)射極電壓VCE101之間的關(guān)系(曲線73)。
從圖7中的曲線73和74可看出，當(dāng)該輸入電壓VIN的信號分量的幅值是在高電平時，與在已有技術(shù)放大器100中的晶體管TR101的電壓VCE101相比較在第一實(shí)施例中晶體管TR1的電壓VCE1的降低被抑制或被校正。
如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例的二極放大器電路，即使由于在1V的低電源處較大幅值的輸入電壓VIN而使第一放大器的輸出電壓V1的dc分量的幅值減小，該輸出電壓V1的dc分量也可被校正到具有用于使在第二放大器級4中的晶體管TR2的放大器工作的一足夠的值。換句話說，即使當(dāng)大幅值信號被輸入到第一放大器級3中時，在第二放大器級4中的晶體管TR2也能以所提供的輸出電壓V1而工作。
因此，即使當(dāng)大幅值信號被輸入時，也能確保在直接耦合的第一和第二放大器級3和4之間的信號傳送。
另外，在圖6中的工作點(diǎn)從P2移至P2”則產(chǎn)生了第一放大器級3的增益變低的缺點(diǎn)。但是，由于工作點(diǎn)移動是發(fā)生在所接收的RF信號具有用于接收的足夠大的強(qiáng)度所以這個缺點(diǎn)不會導(dǎo)致問題。
在負(fù)載9中的二極管和電阻R5可被刪除，這是因?yàn)樗鼈兣c晶體管TR1的工作沒有關(guān)系。但是，最好是在負(fù)載9中提供有二極管D2和電阻R5。其原因是對于晶體管TR2來說二極管D2和電阻R5將產(chǎn)生相對于晶體管TR1的如上所述的相同的優(yōu)點(diǎn)。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的一晶體管電路的電路構(gòu)成，該電路包含在用于一移動電話的一IC中。
在圖8中，根據(jù)第二實(shí)施例的晶體管電路17的第一和第二輸入端被分別連接到IC20的T1和T2端。被提供在IC20外部的一本地振蕩器19與T1端相連。因此，自本地振蕩器19輸出的一本地信號電壓VLDC被提供給T1端。天線11通過RIF放大器18和耦合電容C1與T2端相連。天線11、RF放大器18和耦合電容Cl被提供在IC20的外部。由天線11所接收的一RF信號由放大器18放大。由于耦合電容C1的原因，只有被放大的RF信號中的信號(ac)分量被提供給T2端。
該晶體管電路17具有位于混頻器級15的信號平衡混頻器(頻率變換器)和位于放大器級16的差分放大器。
在級15中的混頻器包括一對npn型雙極型晶體管TR11和TR12，這二個晶體管的發(fā)射級共同連接，還包括有一npn型雙極型晶體管TR13，其集電極與晶體管TR11和TR12的被連接的發(fā)射極相連接。晶體管TR13的發(fā)射極接地。
晶體管TR11的基極連接到T1端并且提供有本地信號電壓VLOC。晶體管TR11的基極通過電阻R12進(jìn)一步被連接到一電源(未示出)并且提供有一恒定電源電壓VCC。晶體管TR12的基極通過電阻R17連接到VCC的電源。晶體管TR13的基極與T2端相連接并且提供有由天線11所接收的RF信號電壓VIN。晶體管TR13的基極通過電阻R11進(jìn)一步連接到VCC的電源。
晶體管TR11的集電極通過負(fù)載21與VCC的電源相連。負(fù)載21具有一負(fù)載電阻R13、一典型面結(jié)型二極管D11和一另外負(fù)載電阻R14。二極管D11和電阻R14相互串接。串聯(lián)連接的二極管D11和電阻R14與負(fù)載電阻R13并聯(lián)連接。二極管D11的正向取向與晶體管TR11的集電極電流的取向是相同的。
如像第一實(shí)施例那樣，二極管D11用作開關(guān)。如果由負(fù)載電阻R13所導(dǎo)致的電壓降等于或小于一特定值時，則二極管D11被關(guān)斷或打開。因此，集電極電流不能通過另外的負(fù)載電阻R14流動。如果由負(fù)載電阻R13所引起的電壓降大于該特定值時，二極管D11被接通或?qū)?，則允許部分集電極電流流經(jīng)電阻R14。因此，并聯(lián)連接的電阻R13和R14用作晶體管TR11的負(fù)載，這意味著負(fù)載21的阻值被減小。
晶體管TR12的集電極通過負(fù)載22連接到VCC的電源。負(fù)載22具有一負(fù)載電阻R16、一典型連接二極管D12和一另外負(fù)載電阻R17。二極管D12和電阻R17相互串接。串接的二極管D12和電阻R17與負(fù)載電阻R16并聯(lián)連接。二極管D12的正向取向與晶體管TR12的集電極電流的取向是相同的。
在負(fù)載22中負(fù)載電阻R16和R17以及結(jié)型二極管D12的工作與負(fù)載21的工作是相同的。
放大器級16包括有一對npn型雙極型晶體管TR14和TR15，它們的發(fā)射極連接在一起，還包括一npn型雙極型晶體管TR16，其集電極與晶體管TR14和TR15的所連接的發(fā)射極相連接。晶體管TR16的發(fā)射極接地。
晶體管TR14的基極通過耦合電阻R22連接到晶體管TR11的集電極，從這里得到在級15中的混頻器的一輸出電壓V11。因此，輸出電壓V11被提供給晶體管TR14的基極。晶體管TR15的基極通過耦合電阻R23被連接到晶體管TR12的集電極，從這里得到在級15中的混頻器的另一輸出電壓V12。因此，該輸出電壓V12被提供給晶體管TR15的基極。晶體管TR16的基極通過電阻R24連接到VCC的電源。
晶體管TR14的集電極通過負(fù)載23連接到VCC的電源。負(fù)載23具有負(fù)載電阻R18、一典型面結(jié)型二極管D13和一另外的負(fù)載電阻R19。二極管D13和電阻R19相互串接。被串接的二極管D13和電阻R19與負(fù)載電阻R18相并聯(lián)。二極管D13的正向取向和晶體管TR14的集電極電流的取向是相同的。
晶體管TR15的集電極通過負(fù)載24與VCC的電源相連。負(fù)載24具有一電阻R21、一典型面結(jié)型二極管D14和一另外的負(fù)載電阻R20。二極管D14和電阻R20相互串接。串接的一極管D14和電阻R20與負(fù)載電阻R21相并聯(lián)。二極管D14的正向取向與晶體管TR15的集電極電流的取向是相同的。
差分放大器級16的輸出電壓VouT1是從晶體管TR14集電極得到的。差分放大級16的另一輸出電壓VouT2是從晶體管TR15的集電極得到的。這樣得到的二個輸出電壓VouT1和VouT2被提供給下一級(未示出)。
因?yàn)樵诩?5中的混頻器和在級16中的差分放大器的工作是一般化和眾所周知的，所以在這里不對上述工作進(jìn)行說明。
根據(jù)圖8所示的第二實(shí)施例的二級晶體管電路17，由于與根據(jù)第一實(shí)施例的放大器電路10中所述的相同原因，即使當(dāng)輸入大幅值信號(VIN)時也能確保在1V的低電源電壓時在直接耦合混頻級15和差分放大器級16之間的信號傳送。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的二級放大器電路10A的電路構(gòu)成。電路10A具有一通過將圖5中的npn型雙極型晶體管TR1和TR2分別用n溝道MOSFET TR1’和TR2’替代而得到。電路10A其它的構(gòu)成與根據(jù)第一實(shí)施例的電路10的構(gòu)成是相同的。因此，在這里省略了對電路10A的說明。
很明顯的是電路10A具有與第一實(shí)施例中的電路10相同的優(yōu)點(diǎn)。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的二級放大器電路10B的電路構(gòu)成。這種電路具有一通過將圖5中的典型面結(jié)型二極管D1和D2分別用齊納二極管ZD1和ZD2來替代所得到的構(gòu)成。電路10B的其它構(gòu)成與根據(jù)第一實(shí)施例的電路10的構(gòu)成是相同的。因此，有關(guān)電路10B的說明在這里省略。
如從圖10可見，二極管ZD1和ZD2的正向取向與晶體管TR1和TR2的集電極電流的取向是相反的。
很明顯的是電路10A具有與第一實(shí)施例的電路相同的優(yōu)點(diǎn)。
雖然本發(fā)明提供了在第一至第四實(shí)施例中的放大器電路和混頻電路，但無需說及的是本發(fā)明可提供任何其它的電路。
另外，不用說可在一個或多個實(shí)施例中將至少一個二極管和至少一個另外的電阻附加到負(fù)載電阻R1、R4、R13、R16、R18或R21。
雖然對本發(fā)明的優(yōu)選形式作了說明，但應(yīng)當(dāng)了解的是在不違背本發(fā)明精神的前提下本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然可作出各種修改。因此，本發(fā)明的范圍只由下面的權(quán)利要求來確定。
權(quán)利要求
1.一種晶體管電路，包括具有第一晶體管和連接到所述第一晶體管的集電極或漏極的第一負(fù)載的第一級；具有第二晶體管的第二級；在所述第一級中加到所述第一晶體管的基極或柵極的輸入電壓；根據(jù)所述輸入電壓所述第一晶體管產(chǎn)生一流經(jīng)所述第一負(fù)載的第一輸出電流，從而在所述第一晶體管的集電極或漏極輸出第一輸出電壓；來自所述第一級的所述第一輸出電壓被提供給在所述第二級中的所述第二晶體管的基極或柵極而不使用任何耦合電容；和所述第一負(fù)載具有響應(yīng)于所述第一輸出電流的dc分量的幅值的一可變阻值；其中當(dāng)由于所述輸入電壓的幅值增加而使所述第一輸出電流的所述dc分量的幅值從一預(yù)定值增加，而使所述第一輸出電壓的dc分量的幅值減小時，所述第一負(fù)載的可變阻值減小從而補(bǔ)償了所述第一輸出電壓的dc分量的幅值的減小。
2.如權(quán)利要求1的電路，其中所述第一負(fù)載包括有第一負(fù)載電阻、第二負(fù)載電阻和第一二極管；所述第一負(fù)載電阻與所述晶體管的集電極或漏極相連；所述第二負(fù)載電阻和第一二極管串聯(lián)連接；所述負(fù)載電阻和第一二極管與所述第一負(fù)載電阻并聯(lián)連接；和所述第一二極管的正向取向和所述第一輸出電流的方向是相同的。
3.如權(quán)利要求2的電路，其中當(dāng)所述第一輸出電流的dc分量的幅值是大于一特定值時所述第一二極管被導(dǎo)通，允許部分所述第一輸出電流流經(jīng)所述第二負(fù)載電阻。
4.如權(quán)利要求2的電路，其中所述第一二極管是一面結(jié)型二極管或一齊納二極管中的一種。
5.如權(quán)利要求1的電路，其中所述第二晶體管具有一連接到所述第二晶體管的集電極或漏極的第二負(fù)載；和其中根據(jù)來自所述第一級的第一輸出電壓所述第二晶體管產(chǎn)生一流經(jīng)第二負(fù)載的第二輸出電流，從而在所述第二晶體管的集電極或漏極輸出一第二輸出電壓；所述第二負(fù)載具有響應(yīng)于所述第二輸出電流的dc分量的幅值的一可變阻值。
6.如權(quán)利要求1的電路，其中所述第一和第二晶體管的每一個是具有共發(fā)射極結(jié)構(gòu)的雙極型晶體管。
7.如權(quán)利要求1的電路，其中所述第一和第二晶體管的每一個是具有共源極結(jié)構(gòu)的一MOSFET。
8.如權(quán)利要求1的電路，其中所述第一級是一單一晶體管放大器結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1的電路，其中所述第一級具有一差分晶體管對結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1的電路，其中所述第一級具有一帶有一差分晶體管對結(jié)構(gòu)的混頻工作。
11.如權(quán)利要求1的電路，其中所述第一和第二級被設(shè)計(jì)為工作在大約1V的電源電壓的工作狀態(tài)。
全文摘要
一晶體管電路,即使當(dāng)輸入信號是處于高電平時也能確保在低供電電源狀態(tài)下在鄰接的兩個直接耦合級間進(jìn)行信號傳送。該晶體管電路包括一具有第一晶體管和第一負(fù)載的第一級,和一具有第二晶體管的第二級。在第一級中一輸入電壓被加到第一晶體管的基極或柵極。根據(jù)該輸入電壓第一晶體管產(chǎn)生流經(jīng)第一負(fù)載的第一輸出電流,因而在第一晶體管的集電極或漏極輸出第一輸出電壓。來自第一級的第一輸出電壓被加到在第二級中的第二晶體管的基極或柵極而無須使用任何耦合電容。第一負(fù)載具有一響應(yīng)于第一輸出電流的dc分量的幅值的可變電阻。
文檔編號H03F3/45GK1254983SQ9912390
公開日2000年5月31日 申請日期1999年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月24日
發(fā)明者內(nèi)田淳 申請人:日本電氣株式會社