KR20040025393A - Biac circuit for power amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력 증폭기의 바이어스 회로에 관한 것으로서, 특히 온도 및 외부 전원의 변화에 따라 상기 전력 증폭기의 동작점이 변화하는 것을 사전에 방지할 수 있는 전력 증폭기의 바이어스 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bias circuit of a power amplifier, and more particularly, to a bias circuit of a power amplifier that can prevent the operating point of the power amplifier from changing in accordance with a change in temperature and an external power source.
이동 통신 시장의 확대에 따라, 이동 통신 단말기나 통신기기의 수요는 상당량에 이르고 있으며, 성능이 뛰어나고 소형 경량화 통신기기를 필요로 하고 있다. 이동 통신 단말기는 크기를 줄이기 위하여 고밀도 집적회로로 제작되고 있으며, 이에 통신기기의 제한된 면적내에서 성능을 개선시키기 위한 기술적 노력이 계속되고 있다.With the expansion of the mobile communication market, the demand for mobile communication terminals and communication devices has reached a considerable amount, and there is a need for excellent performance and small size and light weight communication devices. In order to reduce the size of a mobile communication terminal, a high density integrated circuit has been manufactured. Accordingly, technical efforts to improve performance within a limited area of a communication device have continued.
특히, 이동 통신 단말기는 외부 입력 신호의 전력 레벨에 상관없이 일정한 선형성을 가지는 높은 신뢰도의 단말기를 필요로 하고 있는 실정이다.In particular, the mobile communication terminal needs a terminal having a high reliability having a certain linearity regardless of the power level of the external input signal.
도 1 은 종래의 기술에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로가 도시된 회로도로써, 외부 전원(2)과 연결되며 전력 트랜지스터(Q1)로 이루어지는 전력 증폭기(10)에 바이어스 전류가 인가되도록 하는 바이어스 인가부(20)와, 상기 바이어스 인가부(20)에서 인가되는 바이어스 전류가 온도의 상승 및 하강에 따라 변화되는 것을 방지하는 동시에 상기 외부 전원(2)에 대한 기준 전압이 공급되는 기준 전원(4)과 연결되는 온도 보상부(30)를 포함하여 구성된다.1 is a circuit diagram illustrating a bias circuit of a power amplifier according to the related art, and includes a bias application unit connected to an external power supply 2 and configured to apply a bias current to a power amplifier 10 including a power transistor Q1. 20) and the bias current applied from the bias applying unit 20 is prevented from changing as the temperature rises and falls, and at the same time connected to the reference power supply 4, the reference voltage supplied to the external power supply (2) It is configured to include a temperature compensation unit 30.
여기서, 상기 바이어스 인가부(20)는 상기 외부 전원(2)과 컬렉터가 연결되는 제 1 트랜지스터(Q2)로 구성되고, 상기 온도 보상부(30)는 상기 제 1 트랜지스터(Q2)의 에미터와 저항(R1)을 통해 베이스가 연결되는 제 2 트랜지스터(Q3)로 구성된다.Here, the bias applying unit 20 is composed of a first transistor (Q2) is connected to the external power supply 2 and the collector, the temperature compensator 30 and the emitter of the first transistor (Q2) A second transistor Q3 is connected to the base through the resistor R1.
여기서, 상기 제 2 트랜지스터(Q3)의 컬렉터는 상기 제 1 트랜지스터(Q2)의베이스와 연결되는 동시에 상기 기준 전원(4)과 저항(R2)을 통해 연결된다.Here, the collector of the second transistor Q3 is connected to the base of the first transistor Q2 and at the same time connected to the reference power supply 4 and the resistor R2.
이때, 상기 바이어스 인가부(20)에서 상기 전력 증폭기(10)로 인가되는 바이어스 전류는 온도의 상승 및 하강에 따라 변화하게 되는데, 상기 바이어스 전류가 온도의 상승 및 하강에 따라 증감되는 것이 방지되도록 상기 제 2 트랜지스터(Q3)에서 상기 제 1 트랜지스터(Q2)의 베이스로 인가되는 전류를 제어하게 된다.In this case, the bias current applied from the bias applying unit 20 to the power amplifier 10 is changed as the temperature rises and falls, and the bias current is prevented from increasing or decreasing as the temperature rises and falls. The current applied from the second transistor Q3 to the base of the first transistor Q2 is controlled.
즉, 온도가 상승할 경우에는 상기 제 1 트랜지스터(Q2)의 베이스로 인가되는 전류를 감소시키고, 온도가 하강할 경우에는 상기 제 1 트랜지스터(Q2)의 베이스로 인가되는 전류를 증가시켜 바이어스 전류의 증감을 방지하게 되는 것이다.That is, when the temperature rises, the current applied to the base of the first transistor Q2 is decreased, and when the temperature decreases, the current applied to the base of the first transistor Q2 is increased to increase the bias current. It will prevent the increase and decrease.
그러나, 상기의 전력 증폭기가 이동 단말기에 사용되는 경우 상기 전력 증폭기는 이동 단말기의 배터리를 이용하여 동작하게 되는데, 상기 배터리는 사용시간에 따라 대략 3.2V 내지 4.2V 의 범위에서 크기가 변화되게 되어 상기 전력 증폭기의 동작점(operating point)을 변화시키게 된다.However, when the power amplifier is used in a mobile terminal, the power amplifier operates by using a battery of the mobile terminal, and the battery is changed in size in the range of approximately 3.2V to 4.2V according to the use time. It will change the operating point of the power amplifier.
따라서, 상기 기준 전원(4)을 사용하여 상기 외부 전원(2)이 변화되는 경우 상기 동작점이 변화되는 것을 방지하였으나, 상기 기준 전원(4)이 변화화는 경우에는 상기 전력 증폭기(10)의 동작점이 변화되어 상기 전력 증폭기(50)의 선형성을 구현하기가 난해하고, 상기 기준 전원(4)을 사용하기 위하여 요구되는 추가적인 부품으로 인해 구성이 복잡해지는 문제점이 있다.Therefore, the operating point is prevented from changing when the external power source 2 is changed using the reference power source 4, but when the reference power source 4 is changed, the operation of the power amplifier 10 is changed. It is difficult to realize the linearity of the power amplifier 50 by changing the point, and the configuration is complicated by the additional components required for using the reference power supply 4.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 전력 증폭기에 바이어스를 인가하기 위하여 사용되는 외부 전원이 변화하는 경우 별도의 기준 전원을 사용하지 않고 상기 전력 증폭기의 동작점의 변화를 방지하는 동시에 상기 기준 전원의 사용으로 인한 추가 부품이 요구되지 않아 구성이 간소화되는 전력 증폭기의 바이어스 회로를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, the object of which is the operating point of the power amplifier without using a separate reference power supply when the external power source used to apply a bias to the power amplifier changes It is to provide a bias circuit of the power amplifier to prevent the change of the power supply and at the same time does not require additional components due to the use of the reference power supply is simplified.
도 1 은 종래의 기술에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로가 도시된 회로도,1 is a circuit diagram showing a bias circuit of a power amplifier according to the prior art;
도 2 는 본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로가 도시된 회로도,2 is a circuit diagram showing a bias circuit of a power amplifier according to the present invention;
도 3 은 본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로에서 기준 전원의 변화에 따른 바이어스 전류의 변화가 도시된 그래프,3 is a graph illustrating a change in bias current according to a change in a reference power supply in a bias circuit of a power amplifier according to the present invention;
도 4 는 본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로에서 온도의 변화에 따른 바이어스 전류의 변화가 도시된 그래프이다.4 is a graph showing a change in bias current according to a change in temperature in a bias circuit of a power amplifier according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
6 : 외부 전원50 : 전력 증폭기6: external power supply 50: power amplifier
60 : 바이어스 인가부70 : 궤환부60: bias applying unit 70: feedback unit
80 : 바이어스 안정부80: bias stabilizer
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로의 특징에 따르면, 외부 전원과 연결되어 이동통신 단말기의 전력 증폭기로 바이어스 전류가 인가되도록 바이어스 인가부와, 상기 바이어스 인가부에 의해 인가된 바이어스 전류가 안정화되도록 상기 바이어스 전류를 피드백시키는 궤환부와, 상기 바이어스 전류가 상기 외부 전원의 변화에 따라 변화되는 것을 방지하는 바이어스 안정부를 포함하여 구성된다.According to a feature of the bias circuit of the power amplifier according to the present invention for solving the above problems, it is connected by an external power supply so that a bias current is applied to the power amplifier of the mobile communication terminal and applied by the bias applying unit And a feedback unit for feeding back the bias current to stabilize the bias current, and a bias stabilizer for preventing the bias current from being changed according to the change of the external power source.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로는 도 2 에 도시된 바와 같이, 외부 전원(6)과 연결되며 전력 트랜지스터(Q4)로 이루어져 외부로부터 입력되는 신호를 증폭 출력하는 전력 증폭기(50)의 바이어스 전류가 인가되도록 하는 바이어스 인가부(60)와, 상기 바이어스 전류를 피드백 시키는 궤환부(70)와, 상기 바이어스전류가 상기 외부 전원의 변화에 따라 변화되어 상기 전력 증폭기의 동작점이 변화되는 것을 방지하는 바이어스 안정부(80)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the bias circuit of the power amplifier according to the present invention is connected to an external power supply 6 and consists of a power transistor Q4, and bias current of the power amplifier 50 for amplifying and outputting a signal input from the outside. A bias applying unit 60 for applying the bias, a feedback unit 70 for feeding back the bias current, and a bias for changing the bias current according to the change of the external power source to prevent the operating point of the power amplifier from changing. It is comprised including the stabilizer 80.
여기서, 상기 바이어스 인가부(60)는 상기 외부 전원(6)과 컬렉터가 연결되는 제 1 트랜지스터(Q5)와, 상기 제 1 트랜지스터(Q5)와 베이스가 저항(R3)을 통해 연결되는 제 2 트랜지스터(Q6)를 포함하여 구성되고, 상기 제 2 트랜지스터(Q6)의 컬렉터는 상기 제 1 트랜지스터(Q5)의 베이스와 저항(R4)을 통해 연결된다.The bias applying unit 60 may include a first transistor Q5 connected to the external power supply 6 and a collector, and a second transistor connected to the first transistor Q5 and the base through a resistor R3. And a collector of the second transistor Q6 is connected to the base of the first transistor Q5 through a resistor R4.
이때, 상기 제 2 트랜지스터(Q6)는 상기 전력 증폭기(50)로 인가되는 바이어스 전류가 온도의 상승 또는 하강에 따라 증가 또는 감소하는 것을 방지하는 역할을 수행하는 것으로써, 온도가 상승하여 상기 바이어스 전류가 증가하게 되면 상기 제 2 트랜지스터(Q6)의 베이스로 인가되는 전류도 증가하게 되고 그에 따라 상기 제 2 트랜지스터(Q6)의 컬렉터 전류도 증가하여 상기 제 1 트랜지스터(Q5)의 베이스로 인가되는 전류가 감소하도록 함으로써, 상기 바이어스 전류가 온도 상승으로 인해 증가되는 것을 방지하게 된다.At this time, the second transistor Q6 serves to prevent the bias current applied to the power amplifier 50 from increasing or decreasing as the temperature increases or decreases. When is increased, the current applied to the base of the second transistor Q6 also increases, and accordingly the collector current of the second transistor Q6 also increases, so that the current applied to the base of the first transistor Q5 is increased. By decreasing, the bias current is prevented from increasing due to the temperature rise.
또한, 온도가 하강하게 되는 경우 상기 바이어스 전류가 감소하게 되는데, 이때 상기 제 2 트랜지스터(Q6)의 베이스로 인가되는 전류가 감소하고 그로 인해 상기 제 2 트랜지스터(Q6)의 컬렉터 전류가 감소하게 되어 상기 제 1 트랜지스터(Q5)의 베이스로 인가되는 전류가 증가하기 때문에 바이어스 전류가 온도 하강으로 감소되는 것을 방지하게 되는 것이다.In addition, when the temperature decreases, the bias current decreases. At this time, the current applied to the base of the second transistor Q6 decreases, thereby reducing the collector current of the second transistor Q6. Since the current applied to the base of the first transistor Q5 increases, the bias current is prevented from decreasing due to the temperature drop.
상기 궤환부(70)는 상기 제 2 트랜지스터(Q6)의 컬렉터와 베이스가 연결되는 제 3 트랜지스터(Q7)와, 상기 제 3 트랜지스터(Q7)의 컬렉터와 에미터에 각각 연결되는 저항(R5, R6)으로 구성되며, 상기 제 2 트랜지스터(Q6)의 컬렉터 전류가 상기제 3 트랜지스터(Q7)의 베이스로 인가되고, 상기 베이스로 인가된 전류에 의해 상기 제 3 트랜지스터(Q7)의 컬렉터 전류가 변화하게 되며, 상기 컬렉터 전류는 상기 바이어스 전류에 대하여 그 위상이 반전되어 상기 바이어스 안정부(80)로 인가되는 것이다.The feedback unit 70 includes a third transistor Q7 connected to a collector of the second transistor Q6 and a base, and resistors R5 and R6 connected to the collector and emitter of the third transistor Q7, respectively. And a collector current of the second transistor Q6 is applied to the base of the third transistor Q7, and the collector current of the third transistor Q7 is changed by the current applied to the base. The collector current is inverted in phase with respect to the bias current and applied to the bias stabilizer 80.
상기 바이어스 안정부(80)는 상기 외부 전원(6)과 직렬로 연결되어 상기 외부 전원(6)을 전압 분배하는 제 1 및 제 2 저항(R7, R8)과, 상기 제 2 저항(R8)과 접지 사이의 전압에 따른 전류가 베이스에 인가되는 제 4 트랜지스터(Q8)와, 상기 제 4 트랜지스터(Q8)의 에미터 및 상기 제 4 트랜지스터(Q8)의 컬렉터와 상기 제 1 저항(R7)사이에 형성되는 저항(R9, R10)으로 구성되고, 상기 궤환부(70)에서 피드백된 전류는 상기 제 4 트랜지스터(Q8)의 베이스로 인가되어 상기 안정도를 향상시키게 된다.The bias stabilizer 80 may be connected in series with the external power supply 6, and may include first and second resistors R7 and R8 for voltage distribution of the external power supply 6, and the second resistor R8. Between the fourth transistor Q8 to which a current according to the voltage between ground is applied to the base, between the emitter of the fourth transistor Q8 and the collector of the fourth transistor Q8 and the first resistor R7. The resistors R9 and R10 are formed, and the current fed back from the feedback unit 70 is applied to the base of the fourth transistor Q8 to improve the stability.
또한, 상기 바이어스 안정부(80)는 상기 제 2 저항(R8)의 저항값에 따라 상기 제 4 트랜지스터(Q8)의 컬렉터 전류가 결정되고, 그로 인해 상기 제 1 트랜지스터(Q5)의 베이스로 인가되는 전류가 결정된다.In addition, the bias stabilizer 80 determines a collector current of the fourth transistor Q8 according to the resistance value of the second resistor R8, and thus is applied to the base of the first transistor Q5. The current is determined.
즉, 상기 제 2 내지 제 4 트랜지스터(Q6, Q7, Q8)의 컬렉터 전류를 각각,,이라 하고, 상기 제 1 트랜지스터(Q5)의 베이스로 입력되는 전류를이라 하며, 상기 외부 전원(6)에 의한 전류를 I 라 하는 경우 상기의 크기는 다음과 같은 수학식 1 에 따라 결정된다.That is, collector currents of the second to fourth transistors Q6, Q7, and Q8 are respectively determined. , , The current input to the base of the first transistor Q5 is referred to as When the current by the external power source 6 is referred to as I The size of is determined according to the following equation (1).
따라서, 상기 제 2 트랜지스터(Q6)에 의해 상기 바이어스 전류가 온도에 따라 변화되는 것이 방지되는 동시에, 상기 바이어스 안정부(80)에 의해 상기 외부 전원(6)의 변화에 따라 상기 바이어스 전류가 변화되는 것을 상기 바이어스 안정부(80)를 통해 방지할 수 있을뿐만 아니라, 상기 궤환부(70)에 의한 피드백을 통하여 상기 전력 증폭기로 안정화된 바이어스 전류를 공급할 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the bias current is prevented from changing with temperature by the second transistor Q6, and the bias current is changed according to the change of the external power supply 6 by the bias stabilizer 80. Not only can it be prevented through the bias stabilizer 80, it is also possible to supply a stabilized bias current to the power amplifier through the feedback by the feedback unit 70.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로의 동작을 살펴보면 다음과 같다.The operation of the bias circuit of the power amplifier according to the present invention configured as described above is as follows.
본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로의 동작은 상기 외부 전원(6)과 연결된 바이어스 인가부(60)를 통해 상기 전력 증폭기(50)로 바이어스 전류가 인가된다.In the operation of the bias circuit of the power amplifier according to the present invention, a bias current is applied to the power amplifier 50 through a bias applying unit 60 connected to the external power source 6.
이때, 온도가 변화하게 되면 상기 제 2 트랜지스터(Q6)에 의해 상기 바이어스 전류가 온도의 상승 또는 하강에 따라 증가 또는 감소되는 것이 방지된다.At this time, when the temperature is changed, the bias current is prevented from increasing or decreasing by increasing or decreasing the temperature by the second transistor Q6.
즉, 상기 제 2 트랜지스터(Q6)가 온도의 상승 또는 하강에 따라 상기 제 1 트랜지스터(Q5)의 베이스로 인가되는 전류의 크기를 조절하여 상기 바이어스 전류가 증가 또는 감소되는 것을 방지하게 되는 것이다.That is, the bias current is prevented from increasing or decreasing by adjusting the magnitude of the current applied to the base of the first transistor Q5 as the second transistor Q6 increases or decreases in temperature.
한편, 상기 전력 증폭기로 인가되는 바이어스 전류는 상기 궤환부(70)를 통해 피드백되어 상기 바이어스 안정부(80)로 인가된다.Meanwhile, the bias current applied to the power amplifier is fed back through the feedback unit 70 and applied to the bias stabilizer 80.
이때, 상기 바이어스 안정부(80)는 상기 제 1 및 제 2 저항(R7, R8)을 통해 상기 제 4 트랜지스터(Q8)의 컬렉터 전류가 결정되는 동시에 상기 궤환부(70)에서 궤환된 전류가 상기 제 4 트랜지스터(Q8)의 베이스로 인가되어 안정도가 향상된다.At this time, the bias stabilizer 80 determines the collector current of the fourth transistor Q8 through the first and second resistors R7 and R8 and at the same time the current returned from the feedback unit 70 is increased. It is applied to the base of the fourth transistor Q8 to improve stability.
따라서, 상기 바이어스 전류는 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 기존에 기준 전원이 바이어스 회로에서 기준 전원의 변화에 따른 바이어스 전류의 변화량(91)에 비하여 기준 전원을 사용하지 않고 본 발명에 따른 바이어스 회로가 그 변화량(92)이 감소되고, 기존의 바이어스 회로에서 온도 변화에 따른 바이어스 전류의 변화량(93)에 비하여 본 발명에 따른 바이어스 회로의 바이어스 전류 변화량(94)이 감소된 것을 알 수 있다.Accordingly, the bias current is not shown in FIG. 3 and FIG. 4, according to the present invention without using the reference power supply as compared to the amount of change of the bias current 91 according to the change of the reference power supply in the bias circuit. It can be seen that the change amount 92 of the bias circuit is reduced, and the change amount of the bias current 94 of the bias circuit according to the present invention is reduced compared to the change amount 93 of the bias current according to the temperature change in the conventional bias circuit. .
결국, 본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로는 상기 제 1 트랜지스터(Q5)의 베이스 전류가 상기 제 2 내지 제 4 트랜지스터(Q6, Q7, Q8)에 의하여 외부 전원(6)의 변화 및 온도 변화에 따라 조절되므로 상기 외부 전원 및 온도 변화에 의한 영향을 최소화될 수 있으므로 상기 전력 증폭기(50)로 인가되는 바이어스 전류가 안정화되어 상기 전력 증폭기(50)의 동작점이 변화하는 것을 방지할 수 있는 동시에 상기 외부 전원의 변화에 따른 상기 전력 증폭기의 동작점의 변화를 방지하기 위하여 기존에 사용되는 기준 전압이 요구되지 않기 때문에 구성이 간소화되는 것이다.As a result, in the bias circuit of the power amplifier according to the present invention, the base current of the first transistor Q5 is changed by the second to fourth transistors Q6, Q7, and Q8 to the change of the external power source 6 and the temperature change. Since the influence of the external power source and the temperature change can be minimized, the bias current applied to the power amplifier 50 can be stabilized to prevent the operating point of the power amplifier 50 from changing. In order to prevent the change of the operating point of the power amplifier according to the change of the power supply, the configuration is simplified because the conventionally used reference voltage is not required.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전력 증폭기의 바이어스 회로는 외부 전원과 연결되어 전력 증폭기로 바이어스 전류를 인가하는 바이어스 인가부와, 상기 바이어스 전류를 피드백하는 궤환부와, 상기 바이어스 전류가 상기 외부 전원의 변화에 의해 변화되는 것을 방지하는 바이어스 안정부를 포함하여 구성되고, 상기 바이어스 인가부의 전력 트랜지스터의 베이스에 인가되는 전류가 상기 바이어스 인가부, 궤환부 및 바이어스 안정부를 통해 외부 전원 및 온도 변화에 따라 조절될 수 있도록 하여 상기 바이어스 전류가 안정화되는 동시에 별도의 기준 전원을 사용하지 않기 때문에 상기 기준 전원으로 인한 추가 부품이 사용되지 않아 구성이 간소화되는 효과가 있다.The bias circuit of the power amplifier according to the present invention configured as described above is connected to an external power source, a bias applying unit for applying a bias current to the power amplifier, a feedback unit for feeding back the bias current, and the bias current is the external power source. And a bias stabilizer which prevents the change caused by the change of the current, and the current applied to the base of the power transistor of the bias applying unit is applied to the external power supply and the temperature change through the bias applying unit, the feedback unit, and the bias stabilizer. Since the bias current is stabilized and no separate reference power source is used, additional components due to the reference power source are not used, thereby simplifying the configuration.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR100704686B1 (en) * | 2004-09-14 | 2007-04-06 | 아바고테크놀로지스코리아 주식회사 | A temperature compensated circuit for a power amplifier using diode voltage control |
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2002
- 2002-09-19 KR KR1020020057348A patent/KR20040025393A/en not_active Application Discontinuation
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| WITN | Withdrawal due to no request for examination |