ES2204828T3 - Disposicion de circuito para el ajuste del punto de trabajo de un transistor de alta frecuencia y circuito amplificador. - Google Patents

Abstract

Disposición de circuito para el ajuste del punto de trabajo de un transistor de alta frecuencia, que comprende: - una conexión (23) para un primer potencial de alimentación (VS) y una conexión (25) para un segundo potencial de alimentación (GND); - una conexión de medición (24), en la que se puede conectar una resistencia de medición (3), que está conectada en serie con la vía de la corriente de carga de un transistor de alta frecuencia (1); - una conexión de salida (26), en la que se puede acoplar una conexión de control del transistor de alta frecuencia (1); - un miembro diferencial, que está conectado, en cuanto a la tensión de alimentación, con las conexiones (23, 25) para el primero y el segundo potencial de alimentación y que presenta una primera entrada de señales (-), que está conectada con la fuente de la tensión de referencia (21), y una segunda entrada de señales (+) que está conectada con la conexión de medición (24); - y una fuente de corriente (22) controlable por el miembro diferencial (20), que está conectada con la conexión de salida (26); caracterizada por - un primer circuito de espejo de la corriente (40) con una vía de entrada (41), que está conectada con una fuente de corriente (30) conectada en la conexión (25) para el segundo potencial de alimentación, y con una vía de salida (42), que está acoplada a través de una línea de control (45) con la vía de entrada (41) y que está conectada a través de una primera resistencia (43) con la conexión (23) para el primer potencial de alimentación; y - un primer transistor (50), cuya base está conectada con la línea de control (45) que conecta las vías con el primer circuito de espejo de la corriente (40), cuyo emisor está conectado a través de una segunda resistencia (51) con la conexión (23) para el primer potencial de alimentación (VS) y con la conexión de medición (24).

Description

Disposición de circuito para el ajuste del punto de trabajo de un transistor de alta frecuencia y circuito amplificador.

La invención se refiere a una disposición de circuito para el ajuste del punto de trabajo de un transistor de alta frecuencia con conexiones para potenciales de alimentación así como con una conexión para una resistencia de medición y un circuito amplificador con un transistor de alta frecuencia y una dispositivo de circuito de este tipo.

Los circuitos amplificadores para señales de alta frecuencia presentan un transistor de alta frecuencia, al que se puede alimentar la señal a amplificar en una entrada de control y en el que la señal amplificada es desacoplada en el circuito de carga. A través de la impresión adecuada de la corriente continua en la entrada de control y en la vía de la corriente de carga se mantiene el transistor en su punto de trabajo.

En función de la corriente de alimentación, los circuitos amplificadores con transistores de alta frecuencia tienen diferentes propiedades de amplificación. Por lo tanto, se aplican redes de resistencia o circuitos activos para ajustar el punto de trabajo del transistor amplificador de la manera más independiente posible de sus tolerancias de fabricación y de su comportamiento de temperatura.

Una disposición de circuito para el ajuste del punto de trabajo para un transistor de alta frecuencia es, por ejemplo, el circuito BCR 400 de Infineon Technologies, como se muestra, por ejemplo, en la Hoja de datos sobre el circuito integrado BCR 400W del 24 de Febrero de 1999. El circuito presenta dos conexiones para una tensión de alimentación así como una conexión de medición para la conexión de una resistencia de medición así como una salida de corriente para la conexión en la base de un transistor de alta frecuencia bipolar. La resistencia de medición externa, conectada entre la conexión de medición y el polo positivo de la tensión de alimentación está conectada en la vía de la corriente del colector del transistor de alta frecuencia. La resistencia de medición externa es de 100 a 220 \Omega. La caída de la tensión que se aplica en esta resistencia externa es aproximadamente 600 mV. En aparatos con tensión de alimentación baja, especialmente aparatos accionados con batería, se limita de esta manera la potencia de salida máxima del circuito amplificador. Debido al consumo de corriente considerable en la resistencia de medición, se limita el tiempo de funcionamiento de un aparato accionado con batería.

En el lugar de la literatura Bellantoni J. V .: "Low Dropout Current Source Protects Silicon MMICs and Transistors", RF Design, Cardiff Publishing Co., Englewood CO, US, Vol. 18, Nº 18, 1 de Agosto de 1995, páginas 40, 42 a 44 se muestra un circuito amplificador de HF, en el que una resistencia de medición está conectada con la conexión del colector de un transistor de alta frecuencia y un circuito de regulación está acoplado en la conexión de base del transistor. El circuito de regulación presenta un primer amplificador diferencial conectado en la resistencia de medición así como una fuente de corriente formada en el lado de salida a través de otro amplificador diferencial y activada por el primer amplificador diferencial.

El cometido de la invención consiste en indicar una disposición de circuito para el ajuste del punto de trabajo de un transistor de alta frecuencia, que puede trabajar con tensión de alimentación baja y presenta un consumo de potencia reducido.

Otro cometido consiste en indicar un circuito amplificador con una disposición de circuito de este tipo para el ajuste del punto de trabajo.

Según la invención, el cometido relacionado con la disposición de circuito para el ajuste del punto de trabajo se soluciona por medio de una disposición de circuito para el ajuste del punto de trabajo de un transistor de alta frecuencia, que comprende: una conexión para un primer potencial de alimentación y una conexión para un segundo potencial de alimentación; una conexión de medición, en la que se puede conectar una resistencia de medición, que está conectada en serie con la vía de la corriente de carga de un transistor de alta frecuencia; una conexión de salida, en la que se puede acoplar una conexión de control del transistor de alta frecuencia; un miembro diferencial, que está conectado, en cuanto a la tensión de alimentación, con las conexiones para el primero y el segundo potencial de alimentación y que presenta una primera entrada de señales, que está conectada con la fuente de la tensión de referencia, y una segunda entrada de señales que está conectada con la conexión de medición; una fuente de corriente controlable por el miembro diferencial, que está conectada con la conexión de salida; un primer circuito de espejo de la corriente con una vía de entrada, que está conectada con una fuente de corriente conectada en la conexión para el segundo potencial de alimentación, y con una vía de salida, que está acoplada a través de una línea de control con la vía de entrada y que está conectada a través de una primera resistencia con la conexión para el primer potencial de alimentación; y un primer transistor, cuya base está conectada con la línea de control que conecta las vías con el primer circuito de espejo de la corriente, cuyo emisor está conectado a través de una segunda resistencia con la conexión para el primer potencial de alimentación y con la conexión de medición.

Un circuito amplificador con una disposición de este tipo presenta adicionalmente: una resistencia, que está conectada entre la conexión para el primer potencial de alimentación y la conexión de medición de la disposición de circuito y un transistor de alta frecuencia, cuyo colector está acoplado en corriente con la conexión de medición de la disposición de circuito y cuya base está acoplada en corriente continua con la conexión de salida de la disposición de circuito, cuya base está acoplada con una conexión de entrada para una señal de entrada de alta frecuencia y cuyo colector está acoplado con una conexión de salida para una señal de salida de alta frecuencia.

La disposición de circuito según la invención presenta un miembro diferencial alimentado por la tensión de alimentación, que compara la tensión en la resistencia de medición con una tensión de referencia. En función de ello, se controla la corriente de una fuente de corriente, que se puede conectar en la conexión de control del transistor de alta frecuencia, por ejemplo la conexión de base de un transistor de HF bipolar. A través de la formación de la diferencia es posible prever una tensión de referencia baja, con la que se puede comparar la tensión que cae en la resistencia de medición externa. En la práctica, la tensión de referencia es aproximadamente 100 mV. La diferencia de las dos tensiones controla la salida de la corriente del circuito.

En la configuración de la invención está previsto un primer circuito de espejo de la corriente, cuya vía de entrada es alimentada por una fuente de corriente y en cuya vía de salida está conectada una resistencia, en la que cae la tensión de referencia. La conexión de control de un primer transistor está conectada en la línea de control que conecta las derivaciones de entrada y de salida del primer circuito de espejo de la corriente. La resistencia de medición se puede conectar, en el lado de la corriente de carga, en el primer transistor. La corriente de carga del primer transistor es controlada en función de la diferencia entre la tensión que se encuentra en la resistencia de medición y la tensión de referencia generada en la resistencia en el primer espejo de la corriente. A través de un segundo espejo de la corriente se activa, según la corriente, un transistor de salida accionado en el circuito emisor. La corriente de carga de este transistor de salida o segundo transistor sirve para la impresión de la corriente en la conexión de control del transistor de alta frecuencia. En lugar de un único transistor de salida, también es adecuado un circuito de Darlington, que consta de al menos dos transistores, que presenta una capacidad elevada de impulsión de corriente.

La fuente de corriente en la derivación de entrada del primer circuito de espejo de la corriente se forma de una manera convencional. A tal fin, está previsto un transistor, cuya vía de la corriente de carga está conectada, a través de una resistencia, con potencial de referencia y cuya conexión de control está conectada igualmente con potencial de referencia a través del circuito en serie de varios diodos. En la otra conexión de la vía de la corriente de carga de este transistor se puede tomar una corriente constante.

El primer espejo de la corriente está realizado de forma convencional, estando conectadas la conexión de control y la vía de la corriente de carga del transistor en la derivación de entrada. La conexión de control de este transistor está conectada, además, en la conexión de control del transistor en la derivación de salida.

Los transistores en el primer espejo de la corriente son transistores-pnp bipolares. De la misma manera, el segundo transistor que forma el amplificador diferencial así como el transistor de la fuente de corriente en el lado de salida son transistores-pnp bipolares. La disposición de circuito se puede realizar con transistores MOS en lugar de transistores bipolares. En este caso, los transistores-npn se pueden substituir por transistores MOS de canal n y los transistores-pnp se pueden substituir por transistores MOS de canal p.

El circuito según la invención tiene la ventaja de que solamente son necesarios relativamente pocos componentes. N virtud de la complejidad reducida, el circuito encaja en una carcasa estándar pequeña de coste favorable. La regulación de la corriente del circuito funciona ya con una tensión de funcionamiento reducida de aproximadamente 2 voltios. Las señales en el circuito de regulación no presentan ningún giro de las fases, de manera que la regulación tiene una estabilidad alta. El comportamiento de temperatura del circuito se comporta de una manera inversa al comportamiento de la temperatura de un transistor de amplificador bipolar, de manera que el circuito de amplificación tiene, en general, un comportamiento de amplificación en gran medida estable a la

\hbox{temperatura.}

A continuación se explica en detalle la invención con la ayuda del ejemplo de realización representado en el dibujo. En este caso:

La figura 1 muestra un diagrama de bloques del circuito amplificador incluida una disposición de circuito realizada en un circuito integrado para el ajuste del punto de trabajo, y

La figura 2 muestra una realización de la disposición de circuito para el ajuste del punto de trabajo en el plano del transistor.

El circuito amplificador mostrado en la figura 1 presenta un transistor de alta frecuencia pnp bipolar 1, cuya conexión de base está conectada con una conexión de entrada 10 para la señal de alta frecuencia FIENTRADA a amplificar y cuya conexión del colector está conectada a través de una resistencia 3 para el ajuste del punto de trabajo a un potencial positivo de alimentación VS. El emisor del transistor 1 está conectado a potencial de referencia (masa) GND. La señal de salida de alta frecuencia TFSALIDA se puede tomar en una conexión de salida 11 conectada en el colector del transistor 1. Una disposición de circuito para el ajuste del punto de trabajo 2 presenta una salida 26, que conduce una corriente impresa, que está acoplada en la base del transistor 1. El punto de trabajo del transistor 1 se ajusta alimentando el transistor 1 con una corriente del colector IC ajustada a través de la resistencia 3 y con una corriente de base IB adaptada a tal fin. Un condensador de bloqueo 18 y 17, respectivamente, asociado a las conexiones 10 y 11 sirve para el bloqueo de las corrientes continuas IB e IC de la conexión de entrada y de la conexión de salida. Además, en la vía de la corriente de carga o de la corriente del colector está prevista una inductividad 13 así como en la alimentación de la corriente de base una inductividad 14 en serie con una resistencia 15 así como una capacidad 12 y 16, respectivamente, conectada hacia masa, para desacoplar la señal de alta frecuencia a amplificar respecto de la alimentación de corriente continua.

El circuito para el ajuste del punto de trabajo 2 presenta una conexión 23 para el potencial positivo de alimentación VS, una conexión 24, en la que la resistencia de medición 3 de la vía de la corriente del colector del transistor 1 y una conexión 25 para el potencial de referencia GND. La corriente de base regulada impresa, regulada en función de la tensión de alimentación VS, GND y de la corriente que fluye a través de la resistencia de medición 3 se puede tomar en una conexión 26. El circuito 2 presenta un miembro diferencial 20, que es alimentado por la tensión de alimentación VS, GND. La entrada negativa del miembro diferencial 20 está conectada con una fuente de tensión de referencia 21, que está aplicada en la conexión 23 para el potencial de alimentación VS. La entrada positiva del miembro diferencial 20 está guiada en la conexión 24 y toma la tensión que cae en la resistencia de medición 3. En función de la diferencia de la tensión a determinar por el miembro diferencial se controla una fuente de corriente 22, que acondiciona la corriente de base IB en la conexión 26.

La forma de realización de la disposición de circuito 2 se representa en detalle en la figura 2. Los elementos correspondientes están provistos con los mismos signos de referencia. El circuito presenta una fuente de corriente 30, que está conectada en la conexión de potencial de referencia 25 y en el lado de salida acondiciona en una conexión 26 una corriente constante. La fuente de corriente comprende un transistor bipolar 33, cuyo emisor está conectado a través de una resistencia 34 con la conexión de potencial de referencia 25. La base del transistor 33 está conectada a través de dos diodos bipolares 31, 32 conectados en serie con la conexión de potencial de referencia 25. A través de una resistencia 35 se alimenta al circuito en serie de los diodos 31, 32 una corriente desde la conexión 23 para el potencial positivo de alimentación VS. La corriente constante alimentada en la conexión 36 de la fuente de corriente 30 es acoplada en la derivación de entrada de un circuito de espejo de la corriente 40. El circuito de espejo de la corriente 40 comprende, en el lado de entrada, un transistor bipolar 41, cuyo colector y base están conectados entre sí. La conexión del colector del transistor 41 está conectada con la fuente de corriente 30, la conexión del emisor está conectada con la conexión 23 para el potencial positivo de alimentación VS. La derivación de salida del espejo de la corriente 40 contiene un transistor bipolar 42, cuyo colector está conectado directamente en la conexión de potencial de referencia 25 y cuyo emisor está conectado a través de una resistencia 43 en la conexión de potencial de alimentación 23. El transistor 42 puede conducir una corriente más elevada en comparación con el transistor 41. Está realizado como transistor de emisores múltiples o como circuito en paralelo de varios transistores. En el lado de base, el transistor 42 está conectado con la base del transistor 41. La corriente constante alimentada por la fuente de corriente es acondicionada en la resistencia correspondientemente amplificada a través del espejo de la corriente 40, de manera que se ajusta en la conexión 44 de la resistencia 43, en el lado del espejo de la corriente, una tensión constante con relación al potencial positivo de alimentación VS.

Otro transistor bipolar 50 presenta en el lado del emisor una resistencia 51, que está conectada en la conexión de potencial de alimentación 23. La base del transistor 50 está conectada en la línea de comunicación 45 entre los transistores 41, 42 del espejo de la corriente 40, que forman las derivaciones de entrada y de salida, es decir, la línea de comunicación de las conexiones de base de los transistores 41, 42. El emisor del transistor 50 está conectado, además, en la conexión 24, en la que se encuentra la resistencia de medición 3 para la corriente del colector del transistor amplificador de alta frecuencia 1. Por lo tanto, el transistor 50 es accionado en el circuito de base. En función de la corriente que fluye a través de la resistencia de medición 3 se ejerce una influencia sobre la tensión de la base del emisor del transistor 50 y, por lo tanto, sobre la corriente de su colector. En particular, se compara la tensión que cae en la resistencia de medición 3 con la tensión constante que se aplica en el nodo del circuito 44 o en la resistencia 43 y en función de la diferencia de la tensión entre la tensión que cae en la resistencia 3 y la tensión constante que se aplica en la resistencia 43 se ajusta la corriente del colector del transistor bipolar 50. La corriente del colector del transistor 50 es reflejada sobre un espejo de la corriente 60 conectado en la conexión de potencial de referencia 25 y es alimentada a la conexión de base de un transistor bipolar 70 que forma la fuente de corriente 22. El espejo de la corriente 60 comprende, en el lado de entrada, un transistor 61 con conexiones de colector y conexiones de base acopladas así como, en el lado de salida, un transistor 62, cuya base está conectada con la base del transistor 61. El colector del transistor 62 está conectado con la base del transistor 70. De una manera más favorable, la corriente entre la vía de entrada y la vía de salida del espejo de la corriente 10 es amplificada, por ejemplo duplicada, estando realizado el transistor 62 como transistor de emisor doble. El emisor del transistor 70 se encuentra en el potencial VS, el transistor 70 es accionado, por lo tanto, en el circuito emisor.

De una manera alternativa a un único transistor 70, un circuito de Darlington (no representado) que consta de dos o más transistores puede formar también la fuente de corriente 22. En comparación con un único transistor, el circuito de Darlington presenta una capacidad elevada de impulsión de la corriente. En el caso de un circuito de Darlington formado por dos transistores-pnp, la conexión del emisor del primer transistor de Darlington está conectada con la conexión 23. El emisor del segundo transistor de Darlington está conectado con la base del primer transistor de Darlington. La base del segundo transistor de Darlington está conectada con la derivación de salida del espejo de la corriente 60. Las conexiones del colector de los transistores de Darlington están conectadas entre sí y están conectadas en la conexión de salida 26.

A través de la disposición de circuito para el ajuste del punto de trabajo para el transistor de alta frecuencia 1 se genera, por lo tanto, en función de una corriente constante, acondicionada en virtud de la fuente de corriente 30, en la resistencia 43 una tensión constante y, además, a través de la formación de la diferencia por medio de los transistores 42, 50 acoplados en sus conexiones de base con la tensión de medición acoplada en el transistor 50 se genera una corriente del colector del transistor 50 que depende de esta diferencia, que está acondicionada después de la reflexión y amplificación como corriente de salida en la conexión 26.

Los transistores 31, 32, 33, de la fuente de corriente 30 así como los transistores 61, 62 del espejo de la corriente 60 son transistores bipolares npn. Los transistores 41, 42 del espejo de la corriente 40 así como el transistor 50 y el transistor de fuentes de corriente 22 son transistores bipolares pnp. La vía de la corriente de carga de cada uno de los transistores npn y pnp es su vía de la corriente del colector del emisor. La conexión de control de cada transistor es su conexión de base. La forma de realización descrita posibilita un funcionamiento con tensión reducida. Ya con una tensión de funcionamiento VS, GND de 2 V, se inicia la regulación. El circuito presenta un número apreciable de transistores y resistencias, que requieren en el caso de la realización integrada solamente un espacio reducido de superficie de silicio. El circuito integrado monolítica mente se puede alojar sin más en una carcasa pequeña normalizada de 4 pines.

En lugar de la realización en una tecnología de semiconductores bipolares, como se muestra, el circuito se puede realizar también en tecnología MOS. En lugar de los transistores bipolares 31, 32, 33, 61, 62 mostrados se pueden utilizar transistores MOS de canal n. En lugar de los transistores bipolares pnp 41, 42, 50, 22 mostrados se pueden utilizar transistores MOS de canal p. Las vías de la corriente de carga de los transistores MOS son sus trayectos de drenaje y fuente. Los electrodos de control de los transistores MOS son sus electrodos de puerta.

Como se conoce, la tensión que cae en el trayecto de la base del emisor de un transistor bipolar depende de la temperatura. A medida que aumenta la temperatura se reduce la tensión de la base del emisor. Para temperatura creciente, la diferencia de la tensión que cae en el trayecto de la base del emisor del transistor 50 presenta un coeficiente negativo, de manera que la corriente de base acondicionada en la conexión 26 tiene igualmente un coeficiente negativo de la temperatura. De esta manera se regula en descenso la corriente del colector del transistor bipolar 1 del amplificador de alta frecuencia. El comportamiento de la temperatura del circuito 2 se desarrolla en sentido opuesto al comportamiento de la temperatura del transistor 1, de manera que el punto de trabajo del transistor 1 permanece estable a la temperatura.

Claims (9)

1. Disposición de circuito para el ajuste del punto de trabajo de un transistor de alta frecuencia, que comprende:

-

una conexión (23) para un primer potencial de alimentación (VS) y una conexión (25) para un segundo potencial de alimentación (GND);

-

una conexión de medición (24), en la que se puede conectar una resistencia de medición (3), que está conectada en serie con la vía de la corriente de carga de un transistor de alta frecuencia (1);

-

una conexión de salida (26), en la que se puede acoplar una conexión de control del transistor de alta frecuencia (1);

-

un miembro diferencial, que está conectado, en cuanto a la tensión de alimentación, con las conexiones (23, 25) para el primero y el segundo potencial de alimentación y que presenta una primera entrada de señales (-), que está conectada con la fuente de la tensión de referencia (21), y una segunda entrada de señales (+) que está conectada con la conexión de medición (24);

-

y una fuente de corriente (22) controlable por el miembro diferencial (20), que está conectada con la conexión de salida (26);

caracterizada por

-

un primer circuito de espejo de la corriente (40) con una vía de entrada (41), que está conectada con una fuente de corriente (30) conectada en la conexión (25) para el segundo potencial de alimentación, y con una vía de salida (42), que está acoplada a través de una línea de control (45) con la vía de entrada (41) y que está conectada a través de una primera resistencia (43) con la conexión (23) para el primer potencial de alimentación; y

-

un primer transistor (50), cuya base está conectada con la línea de control (45) que conecta las vías con el primer circuito de espejo de la corriente (40), cuyo emisor está conectado a través de una segunda resistencia (51) con la conexión (23) para el primer potencial de alimentación (VS) y con la conexión de medición (24).

2. Disposición de circuito según la reivindicación 1, caracterizada por un segundo transistor (70) en el circuito emisor, cuya base está conectada a través de un segundo espejo de corriente (60) con el primer transistor (50) y cuyo colector está conectado con la conexión de salida (26).

3. Disposición de circuito según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la fuente de corriente (30) contiene la vía de la corriente de carga de un transistor (33), porque la vía de la corriente de carga está conectada, por una parte, con la derivación de entrada (41) del primer espejo de la corriente (40) y, por otra parte, a través de una resistencia (34) con la conexión (25) para el segundo potencial de alimentación (GND) y porque la conexión de control de este transistor (33) está conectada a través de un circuito en serie, que está constituido por al menos dos diodos (31, 32), con la conexión (25) para el segundo potencial de alimentación.

4. Disposición de circuito según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la derivación de entrada (41) del primer espejo de la corriente (40) presenta el trayecto de carga de un transistor, cuya conexión de control está acoplada con su trayecto de carga, y porque la derivación de salida del primer espejo de la corriente (40) presenta el trayecto de carga de otro transistor (42), cuya conexión de control está acoplada con la conexión de control del transistor (41) de la derivación de entrada.

5. Disposición de circuito según la reivindicación 4, caracterizada porque el segundo espejo de la corriente (60) presenta un primer transistor (61), cuya vía de la corriente de carga está acoplada con la vía de la corriente de carga del segundo transistor (50), y cuya conexión de control está acoplada con su vía de la corriente de carga, y un segundo transistor (62), cuya vía de la corriente de carga está conectada con la conexión de control del segundo transistor (70), y porque las conexiones de control de los transistores (61, 62) del segundo espejo de corriente (60) están acopladas entre sí.

6. Disposición de circuito según la reivindicación 4, caracterizada porque los transistores (41, 42) del primer espejo de la corriente (40) con transistores-pnp o transistores MOS de canal n.

7. Disposición de circuito según la reivindicación 2, caracterizada porque el primero y el segundo transistor (50, 70) son transistores-pnp o transistores MOS de canal p.

8. Disposición de circuito según la reivindicación 1, caracterizado por la realización de la fuente de corriente (22) como un circuito de Darlington con al menos dos transistores.

9. Circuito amplificador con una disposición de circuito según una de las reivindicaciones 1 a 8,
caracterizado por una resistencia (3), que está conectada entre la conexión (23) para el primer potencial de alimentación (VS) y la conexión de medición (24) de la disposición de circuito y por un transistor de alta frecuencia (1), cuyo colector está acoplado en corriente con la conexión de medición (24) de la disposición de circuito y cuya base está acoplada en corriente continua con la conexión de salida (26) de la disposición de circuito, cuya base está acoplada con una conexión de entrada (10) para una señal de entrada (RFENTRADA) de alta frecuencia y cuyo colector está acoplado con una conexión de salida (11) para una señal de salida (RFSALIDA) de alta frecuencia.