專利名稱：包含串級場效晶體管之電路裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種包含串級場效晶體管之電路裝置，本發(fā)明尤其是關于用以高頻應用之一種包含串級場效晶體管之電路裝置。
包含串級場效晶體管之電路裝置，舉例來說有四極真空管或五極真空管，常常被用作高頻應用之可控制擴大器，串級場效晶體管具有復數(shù)個閘極端點，被處理的信號通常施用于一第一閘極，同時一第二閘極被用來控制該增益。在本例中，該控制系欲涵蓋一個大規(guī)模的增益間隔(亦即70分貝)，舉例來說，一種此類電路裝置示于文件DE 4134 177中。
調節(jié)MOS四極真空管/五極真空管之增益通常是藉由下降施用于該第二閘極之電壓實行，一線性控制響應、一高控制范圍及低交互失真的達成系在于如果相關于施用于該第二閘極之該電壓之下降，于該第一閘極之勢能也會爬升。在早期包含串級場效晶體管之電路配置，舉例來說，電視接收器之調頻電路，其系藉由一種用以穩(wěn)定該操作電流之電路以達成，其通常包含一源極電阻器。
圖8以圖表顯示了這樣子一種電路配置，其系包含兩個串級場效晶體管AT1和AT2，以及一個源極電阻器Rs和一個電容器Cs用以高頻阻礙，欲被放大的信號E連接至該第一場效晶體管AT1之閘電極G1，同時該增益之控制系經(jīng)由一信號R執(zhí)行，其系施用于該第二場效晶體管AT2之閘電極G2，盡管額外的源極電阻器Rs減少了約3伏特之可使用的供應電壓，這個缺點還是可以忍受，因為這些電路通常以9至12伏特之供應電壓運作。圖9顯示了此電路之特性，其系使用范例電路之增益當作一項施用于該閘電極G2(虛線)之電壓的功能，圖中可看見該電路之增益可透過一相對寬范圍之施用于閘電極G2之電壓而受到大量地線性地控制。
在現(xiàn)代電子信號制程，使用的是越來越小的操作電壓，因此這就導致如圖8所示之源極電阻器Rs無法使用于現(xiàn)代電路裝置的情況，除此之外也因為兩個較小的比例之供應電壓可供該兩個串級場效晶體管AT1和AT2利用，然而，因為缺少該源極電阻器Rs，較大的控制范圍現(xiàn)在即可藉由晶體管特性單獨地測量。
圖9所示為此類不具源極電阻器Rs電路之特性圖(實線)，由一爬升態(tài)開始，該下降之動作最初非常緩慢的執(zhí)行，接著變成一個短且陡的下降，因此，增益之實際控制是透過一相對地小之電壓間隔執(zhí)行，該電壓系施用于該閘電極G2，然而因為該增益之短且陡的下降，使得在一個用以控制該信號增益之完整控制回路使用該電路越來越困難，因為在該短且陡之下降范圍中，即使施用于該閘電極G2之電壓微小的改變，及在該晶體管特性極小的偏差，都將導致在控制路徑中之增益強烈的變化，越來越多精致的晶體管及降低操作電壓的趨勢也加強了這些特性。
因此本發(fā)明之目的即在具體說明一種包含串級場效晶體管之電路裝置，其系能減少或完全避免前述的問題，本發(fā)明之目的尤其是在于具體說明一種包含串級場效晶體管之電路裝置，其系確保介于一定義之起點和終點之間，一延伸且線性的控制響應。
該目的是藉由一種包含至少兩個如同申請專利范圍所主張之串級場效晶體管的電路裝置所達成，本發(fā)明更進一步較佳實施例、細微區(qū)別以及外觀于申請專利范圍附屬項、說明書及附圖顯露出來。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種包含至少兩個串級場效晶體管的電路裝置，尤其是用以高頻應用，其系包含一源極端點；一汲極端點；至少一輸入信號端點，其系連接至一第一操作晶體管之閘電極；以及至少一控制電壓端點，其系連接至一第二操作晶體管之閘電極。根據(jù)本發(fā)明之電路裝置，其特征在于提供一分壓器，其系配置于該控制電壓端點和該第二操作晶體管之該閘電極之間；一第一電路單元，其系連接至該控制電壓端點且其激活超過一第一預設電壓門檻值之該分壓器；以及一第二電路單元，其系連接至該控制電壓端點且其停止超過一第二預設電壓門檻值之該分壓器，其系超過該第一預設電壓門檻值。
根據(jù)本發(fā)明之電路裝置因此具有一優(yōu)點，其系控制路徑之延展由一定義之門檻值建立，且最終之爬升被壓縮至一較小間隔中，增益之實際控制因此系在一相當大地間隔中執(zhí)行，因此根據(jù)本發(fā)明之電路裝置可在一種用以增進信號增益之控制之完整控制回路內以一相對簡單的方法應用。
此外，根據(jù)本發(fā)明之電路裝置具有一優(yōu)點，其系在規(guī)格方面可以輕易的符合串級操作晶體管特性以及個別應用之需求。
在一較佳實施例中，該分壓器包含一具有至少一第一電阻器之第一手臂，以及一具有至少一第二電阻器之第二手臂，該第二操作電阻器之閘電極系連接至一端點，其系配置于該分壓器之該第一級該第二手臂之間，且該控制電壓端點系連接至該分壓器之該第二手臂。
在另一個較佳實施例中，所提供之該第一電路單元系為串聯(lián)第一電阻器中之一第一控制晶體管，其系連接于該分壓器之該第一手臂。在本案例中，對該第一控制晶體管較佳尤其是具有與該第二操作晶體管相同之電壓門檻值。此外，對于該第一控制晶體管之汲極端點及該第一控制晶體管之閘電極來說，連接在一起會比較好。
在又一個較佳實施例中，該第二電路單元具有至少一并聯(lián)于該第二電阻器之第二控制晶體管，其系連接于該分壓器之該第二手臂。在本案例中，尤其對該第二晶體管來說較佳系為一「常關(normally-off)」型之p-信道晶體管。
在另一個較佳實施例中，該第二電路單元具有至少串聯(lián)第一電阻器中之一第二控制晶體管，其系連接于該分壓器之該第一手臂。在本案例中，尤其對該第二晶體管來說較佳系為一「常開(normally-on)」型之n-信道晶體管。
在另一個較佳實施例中，該控制電壓端點更經(jīng)由一電容器連接至該第二操作晶體管之閘電極。此外，較佳是提供該第一操作晶體管之閘電極一偏壓電路。在本案例中，該偏壓電路較佳是具有至少兩個場效晶體管，其閘電極分別連接至該第一和第二操作晶體管之閘電極。
本發(fā)明將藉由下述圖標特征做更詳細的描述，其中

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明之電路裝置之一第一實施例；圖2所示為增益之響應，其系當作控制電壓之功能；圖3所示為根據(jù)本發(fā)明之電路裝置之一第二實施例；圖4所示為根據(jù)本發(fā)明之電路裝置之一較佳實施例；圖5所示為根據(jù)本發(fā)明之電路裝置之一較佳實施例；圖6所示為根據(jù)本發(fā)明之電路裝置之一較佳實施例；圖7所示為根據(jù)本發(fā)明之電路裝置之一較佳實施例；圖8所示為習知電路裝置之一實施例；圖9所示為習知不具有一源極電阻器R-s(實線)以及具有源極電阻器R-s(虛線)之電路裝置之響應。
圖1所示為根據(jù)本發(fā)明之電路裝置之一實施例。在本例中，圖1所示之電路裝置包含兩個串級場效晶體管AT1和AT2，其系配置于一源極端點及一汲極端點之間；尚有一輸入信號端點E，其系連接至該第一操作晶體管AT1之閘電極；一相對應之控制電壓端點R，其系連接至該第二操作晶體管AT2之閘電極。
一分壓器之電阻器R1和R2，其系配置于該控制電壓端點R及該第二操作晶體管AT2之閘電極之間，因此該分壓器包含一具有該第一電阻器R1之第一手臂，以及一具有該第二電阻器R2之第二手臂；該第二操作晶體管AT2之閘電極系連接至一端點，其系配置于該分壓器之該第一及第二手臂之間，且該控制電壓端點R系連接至該分壓器之該第二手臂。
此外，提供一第一電路單元，其系經(jīng)由該電阻器R1和R2連接至該控制電壓端點R，其激活該分壓器超過一第一預設電壓門檻值。在圖1中所示之實施例中，該第一電路單元系為一第一控制晶體管ST1，其系連接于該分壓器之該第一手臂，其系于串聯(lián)該第一電阻器R1、該第一控制晶體管ST1之該汲極端點及該第一控制晶體管ST1之閘電極連接。此外，該第一控制晶體管ST1具有與該第二操作晶體管AT2相同之電壓門檻值。
此外，一第二電路單元系連接至該控制電壓端點R及停止超過一第二預設電壓門檻值之該分壓器，其系大于該第一電壓門檻值。在圖1中所示之實施例中，該第二電路單元具有一并聯(lián)于該第二電阻器R2之第二控制晶體管ST2，其系連接于該分壓器之該第二手臂。在此案例中，該第二控制晶體管ST2為「常關(normally-off)」型之p-信道晶體管。
此外，用在該第一操作晶體管AT1之該閘電極之一偏壓電路系被提供。在圖1中所示之實施例中，該偏壓電路包含兩個串級場效晶體管BT1和BT2，其閘電極系分別連接至該第一和該第二操作晶體管AT1和AT2之閘電極，該串級場效晶體管BT1和BT2系與該串級場效晶體管AT1和AT2并聯(lián)配置，其系在源極和汲極連接之間。為了增進該增益、回饋和混合耦合特性，該控制電壓端點R更經(jīng)由一電容器Ck連接至該第二操作晶體管AT2之閘電極。
下一個實施例是設定該控制響應總是從爬升趨勢之完全下降狀態(tài)起始，這表示說在接下來的文章中，該特性是以控制電壓端點R上控制電壓之增加之功能描述。該第一控制晶體管ST1，其具有與該第二操作晶體管AT2相同之電壓門檻值，其僅在超過此電壓門檻值才會激活該分壓器，在此之前，供應至該第二操作晶體管AT2之閘電極之該控制電壓不會改變。依此方式，用以該控制之刺激電壓及在電壓門檻值內之流散對任何大范圍皆是無效的。在接著其后之范圍，其中該第二操作晶體管AT2以該控制路徑實質上陡的部分爬升，該分壓器才會變得有效且以R1(R1+R2)的比例延伸。
一旦在該控制電壓端點R之該控制電壓達到該第二電壓門檻值，該第二控制晶體管S2就會激活，這導致了該第二控制晶體管ST2橋接該第二電阻器R2且因此使得后者無效。同樣地，該分壓器整體來看也會變得無效，且該控制電壓又一次實質上不變地供應該第二操作晶體管AT2之閘電極。于是，隨后控制路徑之緩慢爬升部分縮短至一個與傳統(tǒng)控制相比很大的范圍，此即與該控制電壓負載之增加有關，其又與整個系統(tǒng)發(fā)生之負回饋(negative-feedback)效應之優(yōu)點有關，這表示說該控制晶體管ST2之控制門檻突然就變得有效。圖2所示即當作控制電壓功能之相對應增益之響應。于此，曲線1所示為該增益之響應，其系根據(jù)本發(fā)明之電路裝置所建立，同時，曲線2所示為該增益之響應，其系根據(jù)傳統(tǒng)之電路裝置所建立。
圖3所示為一根據(jù)本發(fā)明之電路裝置之第二實施例。第二實施例實質上與第一實施例相同，除了以下幾點不同之外。除了與該第二電阻器R2并聯(lián)之該第二控制晶體管ST2之外，其系連接于該分壓器之該第二手臂，圖3所示之第二實施例之該第二電路單元具有一第二分壓器，其系由該電阻器R3和R4所形成。在本案例中，該第二分壓器系配置于該第二控制晶體管ST2之閘電極和該控制電壓端點R之間，因此該第二電路單元之電壓門檻值就能透過該第二分壓器設定。
更可以選擇性地在該第二分壓器之上行路徑增加一電阻器R-v，在一非常低之源極阻抗案例中，壓縮狀態(tài)能藉由該電阻器Rv延長。
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明之電路裝置之另一實施例。本實施例實質上與第二實施例相同，除了以下幾點不同之外。除了該第二控制晶體管ST2及藉由電阻器R3和R4所形成之該第二分壓器外，于圖4中所示之該第二電路單元更具有一控制晶體管ST3及一電阻起R5。
由于在控制電壓中之增加，該控制晶體管ST3會爬升，其系表示該第二控制晶體管ST2被開啟，該控制晶體管ST3之開啟電壓乘上該第二分壓器之該分壓器比R4/(R4+R3)，因此決定了該第二電路單元之電壓門檻值。在本案例中，該控制晶體管ST3之門檻值應該越高越好，以便讓乘法運算因子R4/(R4+R3)保持較小值(乘法之容忍性)。
圖5所示為根據(jù)本發(fā)明之電路裝置之另一實施例。與前一個實施例相對的是，圖5所示之該第二電路單元具有一第二控制晶體管ST2，其系連接于該分壓器之該第一手臂，其系串聯(lián)于該第一電阻器R1，在本實施例中，該第二控制晶體管ST2是一「常開(normally on)」型之n-信道晶體管。
由于在控制電壓中之增加，該控制晶體管ST3會爬升，其系表示該第二控制晶體管ST2被關閉，該第一分壓器之該第一手臂變成無效用，且接著該控制電壓實質上供應至該第二操作晶體管AT2之閘電極G2不會改變。又一次，該控制晶體管ST3之開啟電壓乘上該第二分壓器之該分壓器比R4/(R4+R3)，因此決定了該第二電路單元之電壓門檻值。
圖6所示為根據(jù)本發(fā)明之電路裝置之另一實施例，本實施例實質上與圖5所示之實施例相同，除了以下幾點不同之外。取代「常開(normally on)」型之n-信道晶體管，本實施例使用的是「常關(normally off)」型之n-信道晶體管當作該第二控制晶體管ST2，此外，本實施例之該電阻器R5并未直接連接至該控制電壓端點R，而是連接至該汲極端點。
由于由于在控制電壓中之增加，該控制晶體管ST3會爬升，其系表示該第二控制晶體管ST2被關閉，因此，該第一分壓器之該第一手臂變成無效用，且接著該控制電壓實質上供應至該第二操作晶體管AT2之閘電極G2不會改變。為了使這緩和的發(fā)生，該第二控制晶體管ST2會插入在R1和R2之間之該第一分壓器之該第一手臂內，在該控制晶體管ST2之源極之上之該電阻器R1，在本案例中具有一高度負回饋效應，且因此防止截斷過渡期，該控制晶體管ST3之門檻值應該越高越好，以便讓乘法運算因子R4/(R4+R3)保持較小值(乘法之容忍性)。既然該操作晶體管AT1通常具有一高門檻值，其系因為該偏壓電路，此結果亦可方便地使用在控制晶體管ST2上，當然，由于組合或其它結果之高門檻值也是可行的。
圖7所示為根據(jù)本發(fā)明之電路裝置之另一實施例，本實施例實質上與圖6所示之實施例相同，除了以下幾點不同之外。圖7所示之電路裝置與圖6所示之電路裝置不同處系在于多了一電壓補償，其系在該第二操作晶體管AT2之閘電極G2之分壓器中，舉例來說，如果該操作晶體管AT2具有一非常低開啟電壓，但組件中以一相當高之開啟電壓作安全防護，則此可藉由一額外增加之晶體管T達成。
根據(jù)本發(fā)明之電路裝置系基于以一分壓器R1和R2之控制路徑之延伸，其系供應該控制電壓以R1/(R1+R2)分至該第二操作晶體管AT2之該閘電極。然而，此延伸系僅打算與該控制路徑之陡部分相關，因此，該第一和第二電路單元系用以正確地安置開啟電壓，且相當?shù)乜s短該控制特性之延長平坦之上部，且正確地放置他，此外如果可能的話，該開啟電壓之散流會被截斷或補償以取代被該分壓器電壓以乘法增加。
權利要求
1.一種包含至少二串級場效晶體管之電路裝置，尤其是用以高頻應用，其具有一源極端點、一汲極端點、至少一輸入信號端點(E)，其系連接至一第一操作晶體管(AT1)之閘電極、以及至少一控制電壓端點(R)，其系連接至一第二操作晶體管(AT2)之閘電極，其特征在于提供一分壓器(R1，R2)，其系配置于該控制電壓端點(R)及該第二操作晶體管(AT2)之閘電極之間一第一電路單元，其系連接至該控制電壓端點(R)，且其高于一第一預設電壓門檻值開啟該分壓器(R1，R2)；一第二電路單元，其系連接至該控制電壓端點(R)，且其高于一第二預設電壓門檻值關閉該分壓器(R1，R2)，其系高于該第一電壓門檻值。
2.如申請專利范圍第1項所述之電路裝置，其特征在于該分壓器(R1，R2)包含一具有至少一第一電阻器(R1)之第一手臂，及一具有至少一第二電阻器(R2)之第二手臂，該第二操作晶體管(AT2)之閘電極系連接至一端點，其系配置于該分壓器(R1，R2)之該第一和第二手臂之間，且該控制電壓端點(R)系連接至該分壓器(R1，R2)之該第二手臂。
3.如申請專利范圍第2項所述之電路裝置，其特征在于該提供之第一電路單元系為一第一控制晶體管(ST1)，其系連接于該分壓器之該第一手臂中，其系串聯(lián)于該第一電阻器(R1)。
4.如申請專利范圍第3項所述之電路裝置，其特征在于該第一控制晶體管(ST1)具有與該第二操作晶體管(AT2)相同之電壓門檻值。
5.如申請專利范圍第3或4項所述之電路裝置，其特征在于該第一控制晶體管(ST1)之該汲極端點，及其該第一控制晶體管(ST1)之閘電極系連接在一起。
6.如申請專利范圍第2至5項其中之一所述之電路裝置，其特征在于該第二電路單元具有至少一第二控制晶體管(ST2)，其系連接于該分壓器之該第二手臂，其系并聯(lián)于該第二電阻器(R2)。
7.如申請專利范圍第6項所述之電路裝置，其特征在于該第二控制晶體管(ST2)系為一p-信道晶體管。
8.如申請專利范圍第2至5項其中之一所述之電路裝置，其特征在于該第二電路單元具有至少一第二控制晶體管(ST2)，其系連接于該分壓器之該第一手臂，其系串連于該第一電阻器(R1)。
9.如申請專利范圍第8項所述之電路裝置，其特征在于該第二控制晶體管(ST2)系為一n-信道晶體管。
10.如申請專利范圍第1至9項其中之一所述之電路裝置，其特征在于該控制電壓端點(R)更經(jīng)由一電容器(Ck)連接于該第二操作晶體管(AT2)之該閘電極。
11.如申請專利范圍第1至10項其中之一所述之電路裝置，其特征在于提供該第一操作晶體管(AT1)之該閘電極一偏壓電路(BT1，BT2)。
12.如申請專利范圍第11項所述之電路裝置，其特征在于該偏壓電路具有至少二串級場效晶體管(BT1，BT2)，其閘電極系分別連接至該第一和第二操作晶體管(AT1，AT2)之閘電極。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明之電路裝置系基于以一分壓器R1和R2之控制路徑之延伸，其系供應該控制電壓以R1/(R1+R2)分至該第二操作晶體管AT2之該閘電極。然而，此延伸系僅打算與該控制路徑之陡部分相關，因此，該第一和第二電路單元系用以正確地安置開啟電壓，且相當?shù)乜s短該控制特性之延長平坦之上部，且正確地放置它，此外如果可能的話，該開啟電壓之散流會被截斷或補償以取代被該分壓器電壓以乘法增加。
文檔編號H03G1/00GK1509517SQ02809959
公開日2004年6月30日 申請日期2002年4月18日 優(yōu)先權日2001年5月14日
發(fā)明者W·滋梅曼恩, W 滋梅曼恩 申請人:因芬尼昂技術股份公司