专利名称：包含串级场效晶体管之电路装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种包含串级场效晶体管之电路装置，本发明尤其是关于用以高频应用之一种包含串级场效晶体管之电路装置。
包含串级场效晶体管之电路装置，举例来说有四极真空管或五极真空管，常常被用作高频应用之可控制扩大器，串级场效晶体管具有复数个闸极端点，被处理的信号通常施用于一第一闸极，同时一第二闸极被用来控制该增益。在本例中，该控制系欲涵盖一个大规模的增益间隔(亦即70分贝)，举例来说，一种此类电路装置示于文件DE 4134 177中。
调节MOS四极真空管/五极真空管之增益通常是藉由下降施用于该第二闸极之电压实行，一线性控制响应、一高控制范围及低交互失真的达成系在于如果相关于施用于该第二闸极之该电压之下降，于该第一闸极之势能也会爬升。在早期包含串级场效晶体管之电路配置，举例来说，电视接收器之调频电路，其系藉由一种用以稳定该操作电流之电路以达成，其通常包含一源极电阻器。
图8以图表显示了这样子一种电路配置，其系包含两个串级场效晶体管AT1和AT2，以及一个源极电阻器Rs和一个电容器Cs用以高频阻碍，欲被放大的信号E连接至该第一场效晶体管AT1之闸电极G1，同时该增益之控制系经由一信号R执行，其系施用于该第二场效晶体管AT2之闸电极G2，尽管额外的源极电阻器Rs减少了约3伏特之可使用的供应电压，这个缺点还是可以忍受，因为这些电路通常以9至12伏特之供应电压运作。图9显示了此电路之特性，其系使用范例电路之增益当作一项施用于该闸电极G2(虚线)之电压的功能，图中可看见该电路之增益可透过一相对宽范围之施用于闸电极G2之电压而受到大量地线性地控制。
在现代电子信号制程，使用的是越来越小的操作电压，因此这就导致如图8所示之源极电阻器Rs无法使用于现代电路装置的情况，除此之外也因为两个较小的比例之供应电压可供该两个串级场效晶体管AT1和AT2利用，然而，因为缺少该源极电阻器Rs，较大的控制范围现在即可藉由晶体管特性单独地测量。
图9所示为此类不具源极电阻器Rs电路之特性图(实线)，由一爬升态开始，该下降之动作最初非常缓慢的执行，接着变成一个短且陡的下降，因此，增益之实际控制是透过一相对地小之电压间隔执行，该电压系施用于该闸电极G2，然而因为该增益之短且陡的下降，使得在一个用以控制该信号增益之完整控制回路使用该电路越来越困难，因为在该短且陡之下降范围中，即使施用于该闸电极G2之电压微小的改变，及在该晶体管特性极小的偏差，都将导致在控制路径中之增益强烈的变化，越来越多精致的晶体管及降低操作电压的趋势也加强了这些特性。
因此本发明之目的即在具体说明一种包含串级场效晶体管之电路装置，其系能减少或完全避免前述的问题，本发明之目的尤其是在于具体说明一种包含串级场效晶体管之电路装置，其系确保介于一定义之起点和终点之间，一延伸且线性的控制响应。
该目的是藉由一种包含至少两个如同申请专利范围所主张之串级场效晶体管的电路装置所达成，本发明更进一步较佳实施例、细微区别以及外观于申请专利范围附属项、说明书及附图显露出来。
根据本发明，提供一种包含至少两个串级场效晶体管的电路装置，尤其是用以高频应用，其系包含一源极端点；一汲极端点；至少一输入信号端点，其系连接至一第一操作晶体管之闸电极；以及至少一控制电压端点，其系连接至一第二操作晶体管之闸电极。根据本发明之电路装置，其特征在于提供一分压器，其系配置于该控制电压端点和该第二操作晶体管之该闸电极之间；一第一电路单元，其系连接至该控制电压端点且其激活超过一第一预设电压门槛值之该分压器；以及一第二电路单元，其系连接至该控制电压端点且其停止超过一第二预设电压门槛值之该分压器，其系超过该第一预设电压门槛值。
根据本发明之电路装置因此具有一优点，其系控制路径之延展由一定义之门槛值建立，且最终之爬升被压缩至一较小间隔中，增益之实际控制因此系在一相当大地间隔中执行，因此根据本发明之电路装置可在一种用以增进信号增益之控制之完整控制回路内以一相对简单的方法应用。
此外，根据本发明之电路装置具有一优点，其系在规格方面可以轻易的符合串级操作晶体管特性以及个别应用之需求。
在一较佳实施例中，该分压器包含一具有至少一第一电阻器之第一手臂，以及一具有至少一第二电阻器之第二手臂，该第二操作电阻器之闸电极系连接至一端点，其系配置于该分压器之该第一级该第二手臂之间，且该控制电压端点系连接至该分压器之该第二手臂。
在另一个较佳实施例中，所提供之该第一电路单元系为串联第一电阻器中之一第一控制晶体管，其系连接于该分压器之该第一手臂。在本案例中，对该第一控制晶体管较佳尤其是具有与该第二操作晶体管相同之电压门槛值。此外，对于该第一控制晶体管之汲极端点及该第一控制晶体管之闸电极来说，连接在一起会比较好。
在又一个较佳实施例中，该第二电路单元具有至少一并联于该第二电阻器之第二控制晶体管，其系连接于该分压器之该第二手臂。在本案例中，尤其对该第二晶体管来说较佳系为一「常关(normally-off)」型之p-信道晶体管。
在另一个较佳实施例中，该第二电路单元具有至少串联第一电阻器中之一第二控制晶体管，其系连接于该分压器之该第一手臂。在本案例中，尤其对该第二晶体管来说较佳系为一「常开(normally-on)」型之n-信道晶体管。
在另一个较佳实施例中，该控制电压端点更经由一电容器连接至该第二操作晶体管之闸电极。此外，较佳是提供该第一操作晶体管之闸电极一偏压电路。在本案例中，该偏压电路较佳是具有至少两个场效晶体管，其闸电极分别连接至该第一和第二操作晶体管之闸电极。
本发明将藉由下述图标特征做更详细的描述，其中
图1所示为根据本发明之电路装置之一第一实施例；图2所示为增益之响应，其系当作控制电压之功能；图3所示为根据本发明之电路装置之一第二实施例；图4所示为根据本发明之电路装置之一较佳实施例；图5所示为根据本发明之电路装置之一较佳实施例；图6所示为根据本发明之电路装置之一较佳实施例；图7所示为根据本发明之电路装置之一较佳实施例；图8所示为习知电路装置之一实施例；图9所示为习知不具有一源极电阻器R-s(实线)以及具有源极电阻器R-s(虚线)之电路装置之响应。
图1所示为根据本发明之电路装置之一实施例。在本例中，图1所示之电路装置包含两个串级场效晶体管AT1和AT2，其系配置于一源极端点及一汲极端点之间；尚有一输入信号端点E，其系连接至该第一操作晶体管AT1之闸电极；一相对应之控制电压端点R，其系连接至该第二操作晶体管AT2之闸电极。
一分压器之电阻器R1和R2，其系配置于该控制电压端点R及该第二操作晶体管AT2之闸电极之间，因此该分压器包含一具有该第一电阻器R1之第一手臂，以及一具有该第二电阻器R2之第二手臂；该第二操作晶体管AT2之闸电极系连接至一端点，其系配置于该分压器之该第一及第二手臂之间，且该控制电压端点R系连接至该分压器之该第二手臂。
此外，提供一第一电路单元，其系经由该电阻器R1和R2连接至该控制电压端点R，其激活该分压器超过一第一预设电压门槛值。在图1中所示之实施例中，该第一电路单元系为一第一控制晶体管ST1，其系连接于该分压器之该第一手臂，其系于串联该第一电阻器R1、该第一控制晶体管ST1之该汲极端点及该第一控制晶体管ST1之闸电极连接。此外，该第一控制晶体管ST1具有与该第二操作晶体管AT2相同之电压门槛值。
此外，一第二电路单元系连接至该控制电压端点R及停止超过一第二预设电压门槛值之该分压器，其系大于该第一电压门槛值。在图1中所示之实施例中，该第二电路单元具有一并联于该第二电阻器R2之第二控制晶体管ST2，其系连接于该分压器之该第二手臂。在此案例中，该第二控制晶体管ST2为「常关(normally-off)」型之p-信道晶体管。
此外，用在该第一操作晶体管AT1之该闸电极之一偏压电路系被提供。在图1中所示之实施例中，该偏压电路包含两个串级场效晶体管BT1和BT2，其闸电极系分别连接至该第一和该第二操作晶体管AT1和AT2之闸电极，该串级场效晶体管BT1和BT2系与该串级场效晶体管AT1和AT2并联配置，其系在源极和汲极连接之间。为了增进该增益、回馈和混合耦合特性，该控制电压端点R更经由一电容器Ck连接至该第二操作晶体管AT2之闸电极。
下一个实施例是设定该控制响应总是从爬升趋势之完全下降状态起始，这表示说在接下来的文章中，该特性是以控制电压端点R上控制电压之增加之功能描述。该第一控制晶体管ST1，其具有与该第二操作晶体管AT2相同之电压门槛值，其仅在超过此电压门槛值才会激活该分压器，在此之前，供应至该第二操作晶体管AT2之闸电极之该控制电压不会改变。依此方式，用以该控制之刺激电压及在电压门槛值内之流散对任何大范围皆是无效的。在接着其后之范围，其中该第二操作晶体管AT2以该控制路径实质上陡的部分爬升，该分压器才会变得有效且以R1(R1+R2)的比例延伸。
一旦在该控制电压端点R之该控制电压达到该第二电压门槛值，该第二控制晶体管S2就会激活，这导致了该第二控制晶体管ST2桥接该第二电阻器R2且因此使得后者无效。同样地，该分压器整体来看也会变得无效，且该控制电压又一次实质上不变地供应该第二操作晶体管AT2之闸电极。于是，随后控制路径之缓慢爬升部分缩短至一个与传统控制相比很大的范围，此即与该控制电压负载之增加有关，其又与整个系统发生之负回馈(negative-feedback)效应之优点有关，这表示说该控制晶体管ST2之控制门槛突然就变得有效。图2所示即当作控制电压功能之相对应增益之响应。于此，曲线1所示为该增益之响应，其系根据本发明之电路装置所建立，同时，曲线2所示为该增益之响应，其系根据传统之电路装置所建立。
图3所示为一根据本发明之电路装置之第二实施例。第二实施例实质上与第一实施例相同，除了以下几点不同之外。除了与该第二电阻器R2并联之该第二控制晶体管ST2之外，其系连接于该分压器之该第二手臂，图3所示之第二实施例之该第二电路单元具有一第二分压器，其系由该电阻器R3和R4所形成。在本案例中，该第二分压器系配置于该第二控制晶体管ST2之闸电极和该控制电压端点R之间，因此该第二电路单元之电压门槛值就能透过该第二分压器设定。
更可以选择性地在该第二分压器之上行路径增加一电阻器R-v，在一非常低之源极阻抗案例中，压缩状态能藉由该电阻器Rv延长。
图4所示为根据本发明之电路装置之另一实施例。本实施例实质上与第二实施例相同，除了以下几点不同之外。除了该第二控制晶体管ST2及藉由电阻器R3和R4所形成之该第二分压器外，于图4中所示之该第二电路单元更具有一控制晶体管ST3及一电阻起R5。
由于在控制电压中之增加，该控制晶体管ST3会爬升，其系表示该第二控制晶体管ST2被开启，该控制晶体管ST3之开启电压乘上该第二分压器之该分压器比R4/(R4+R3)，因此决定了该第二电路单元之电压门槛值。在本案例中，该控制晶体管ST3之门槛值应该越高越好，以便让乘法运算因子R4/(R4+R3)保持较小值(乘法之容忍性)。
图5所示为根据本发明之电路装置之另一实施例。与前一个实施例相对的是，图5所示之该第二电路单元具有一第二控制晶体管ST2，其系连接于该分压器之该第一手臂，其系串联于该第一电阻器R1，在本实施例中，该第二控制晶体管ST2是一「常开(normally on)」型之n-信道晶体管。
由于在控制电压中之增加，该控制晶体管ST3会爬升，其系表示该第二控制晶体管ST2被关闭，该第一分压器之该第一手臂变成无效用，且接着该控制电压实质上供应至该第二操作晶体管AT2之闸电极G2不会改变。又一次，该控制晶体管ST3之开启电压乘上该第二分压器之该分压器比R4/(R4+R3)，因此决定了该第二电路单元之电压门槛值。
图6所示为根据本发明之电路装置之另一实施例，本实施例实质上与图5所示之实施例相同，除了以下几点不同之外。取代「常开(normally on)」型之n-信道晶体管，本实施例使用的是「常关(normally off)」型之n-信道晶体管当作该第二控制晶体管ST2，此外，本实施例之该电阻器R5并未直接连接至该控制电压端点R，而是连接至该汲极端点。
由于由于在控制电压中之增加，该控制晶体管ST3会爬升，其系表示该第二控制晶体管ST2被关闭，因此，该第一分压器之该第一手臂变成无效用，且接着该控制电压实质上供应至该第二操作晶体管AT2之闸电极G2不会改变。为了使这缓和的发生，该第二控制晶体管ST2会插入在R1和R2之间之该第一分压器之该第一手臂内，在该控制晶体管ST2之源极之上之该电阻器R1，在本案例中具有一高度负回馈效应，且因此防止截断过渡期，该控制晶体管ST3之门槛值应该越高越好，以便让乘法运算因子R4/(R4+R3)保持较小值(乘法之容忍性)。既然该操作晶体管AT1通常具有一高门槛值，其系因为该偏压电路，此结果亦可方便地使用在控制晶体管ST2上，当然，由于组合或其它结果之高门槛值也是可行的。
图7所示为根据本发明之电路装置之另一实施例，本实施例实质上与图6所示之实施例相同，除了以下几点不同之外。图7所示之电路装置与图6所示之电路装置不同处系在于多了一电压补偿，其系在该第二操作晶体管AT2之闸电极G2之分压器中，举例来说，如果该操作晶体管AT2具有一非常低开启电压，但组件中以一相当高之开启电压作安全防护，则此可藉由一额外增加之晶体管T达成。
根据本发明之电路装置系基于以一分压器R1和R2之控制路径之延伸，其系供应该控制电压以R1/(R1+R2)分至该第二操作晶体管AT2之该闸电极。然而，此延伸系仅打算与该控制路径之陡部分相关，因此，该第一和第二电路单元系用以正确地安置开启电压，且相当地缩短该控制特性之延长平坦之上部，且正确地放置他，此外如果可能的话，该开启电压之散流会被截断或补偿以取代被该分压器电压以乘法增加。
权利要求
1.一种包含至少二串级场效晶体管之电路装置，尤其是用以高频应用，其具有一源极端点、一汲极端点、至少一输入信号端点(E)，其系连接至一第一操作晶体管(AT1)之闸电极、以及至少一控制电压端点(R)，其系连接至一第二操作晶体管(AT2)之闸电极，其特征在于提供一分压器(R1，R2)，其系配置于该控制电压端点(R)及该第二操作晶体管(AT2)之闸电极之间一第一电路单元，其系连接至该控制电压端点(R)，且其高于一第一预设电压门槛值开启该分压器(R1，R2)；一第二电路单元，其系连接至该控制电压端点(R)，且其高于一第二预设电压门槛值关闭该分压器(R1，R2)，其系高于该第一电压门槛值。
2.如申请专利范围第1项所述之电路装置，其特征在于该分压器(R1，R2)包含一具有至少一第一电阻器(R1)之第一手臂，及一具有至少一第二电阻器(R2)之第二手臂，该第二操作晶体管(AT2)之闸电极系连接至一端点，其系配置于该分压器(R1，R2)之该第一和第二手臂之间，且该控制电压端点(R)系连接至该分压器(R1，R2)之该第二手臂。
3.如申请专利范围第2项所述之电路装置，其特征在于该提供之第一电路单元系为一第一控制晶体管(ST1)，其系连接于该分压器之该第一手臂中，其系串联于该第一电阻器(R1)。
4.如申请专利范围第3项所述之电路装置，其特征在于该第一控制晶体管(ST1)具有与该第二操作晶体管(AT2)相同之电压门槛值。
5.如申请专利范围第3或4项所述之电路装置，其特征在于该第一控制晶体管(ST1)之该汲极端点，及其该第一控制晶体管(ST1)之闸电极系连接在一起。
6.如申请专利范围第2至5项其中之一所述之电路装置，其特征在于该第二电路单元具有至少一第二控制晶体管(ST2)，其系连接于该分压器之该第二手臂，其系并联于该第二电阻器(R2)。
7.如申请专利范围第6项所述之电路装置，其特征在于该第二控制晶体管(ST2)系为一p-信道晶体管。
8.如申请专利范围第2至5项其中之一所述之电路装置，其特征在于该第二电路单元具有至少一第二控制晶体管(ST2)，其系连接于该分压器之该第一手臂，其系串连于该第一电阻器(R1)。
9.如申请专利范围第8项所述之电路装置，其特征在于该第二控制晶体管(ST2)系为一n-信道晶体管。
10.如申请专利范围第1至9项其中之一所述之电路装置，其特征在于该控制电压端点(R)更经由一电容器(Ck)连接于该第二操作晶体管(AT2)之该闸电极。
11.如申请专利范围第1至10项其中之一所述之电路装置，其特征在于提供该第一操作晶体管(AT1)之该闸电极一偏压电路(BT1，BT2)。
12.如申请专利范围第11项所述之电路装置，其特征在于该偏压电路具有至少二串级场效晶体管(BT1，BT2)，其闸电极系分别连接至该第一和第二操作晶体管(AT1，AT2)之闸电极。
全文摘要
根据本发明之电路装置系基于以一分压器R1和R2之控制路径之延伸，其系供应该控制电压以R1/(R1+R2)分至该第二操作晶体管AT2之该闸电极。然而，此延伸系仅打算与该控制路径之陡部分相关，因此，该第一和第二电路单元系用以正确地安置开启电压，且相当地缩短该控制特性之延长平坦之上部，且正确地放置它，此外如果可能的话，该开启电压之散流会被截断或补偿以取代被该分压器电压以乘法增加。
文档编号H03G1/00GK1509517SQ02809959
公开日2004年6月30日 申请日期2002年4月18日 优先权日2001年5月14日
发明者W·滋梅曼恩, W 滋梅曼恩 申请人:因芬尼昂技术股份公司