背景技术
在现代无线通信***中,射频功率放大器是实现射频信号无线传输的关键部件。射频功率放大器的主要功能即为将已调制的射频信号放大到所需的功率值,传输至天线发射,保证在一定区域内的接收机可以接收到信号。作为射频部分关键部件的射频功率放大器电路,它的性能对通信质量产生直接的影响。射频功率晶体管是射频功率放大器的核心部件,它的工作状态由偏置电路确定,因此偏置电路的特性直接影响到功率放大器的性能。当偏置电压不稳定或由于温度变化引起晶体管的结压降改变,都会导致射频放大管的特性产生较大变化,进而使功率放大器输出信号产生较大变化,导致功率放大器输出信号的不确定性。带有电压补偿和温度补偿的偏置电路能很好地解决上述问题,从而使射频放大器在复杂的应用环境下稳定地工作。
为了解决这个问题,现有的技术是采用传统的电流镜结构作为偏置电路,如图1所示,图1中方框标出部分即为电流镜偏置电路,包括两个NPN管Q1和Q2,所述NPN管Q1的集电极通过电阻R1连接到电压偏置端VBIAS,所述NPN管Q1的集电极与其自身的基极相连接,所述NPN管的发射极接地,所述NPN管Q2的基极与所述NPN管Q1的基极相连接,所述NPN管Q2的集电极接偏置电路电源端VCB。该偏置电路为由功率管Q3等组成的放大电路提供偏置,放大电路包括NPN管Q3,所述NPN管Q3的发射极接地,所述NPN管Q3的基极通过一电容Cin连接输入信号,所述NPN管Q3的集电极连接电源端VCC,同时通过一电容Cout之后作为信号输出端。该电路中偏置电路对温度的补偿作用为:当温度升高时,功率管Q3的基极(B)-发射极(E)结压降VBE3降低,使得流过Q3的电流Id增加,偏置电路中Q1、Q2的VBE1和VBE2也随之降低,由于处于电流镜一侧的Q1的VBE1降低将对电流镜另一侧的Q2、Q3的VBE2和VBE3的降低有所补偿,从而使功率管Q3的电流Id随温度改变的变化减小。
但是,这种结构对偏置电压VBIAS的改变很敏感,同时对温度的补偿作用有限,当偏置电压产生波动时会导致功率放大器输出特性产生较大变化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种射频功率放大器电路,能够减小功率放大器输出特性因电压和温度改变的变化量,从而提高功率放大器的稳定性。
为解决上述技术问题,本发明射频功率放大器电路的技术方案是,包括偏置电路和放大电路,所述放大电路包括NPN管Q3,所述NPN管Q3的发射极接地,所述NPN管Q3的基极通过一电容Cin连接输入信号,所述NPN管Q3的集电极连接电源端VCC,同时通过一电容Cout之后作为信号输出端,所述偏置电路包括三个NPN管Q4、Q5和Q6,所述NPN管Q4的集电极与电压偏置端VBIAS之间串联连接有电阻R2和补偿电阻RX1,其中电阻R2靠近所述电压偏置端VBIAS,补偿电阻RX1靠近所述NPN管Q4的集电极,所述NPN管Q4的基极连接到所述补偿电阻RX1与电阻R2相连接的一端,所述NPN管Q4的发射极连接到所述NPN管Q5的集电极,所述NPN管Q5的基极连接到其自身的集电极,所述NPN管Q5的发射极接地,所述NPN管Q4的集电极还连接到所述NPN管Q6的基极,所述NPN管Q6的集电极连接到偏置电路电源端VCB,所述NPN管Q6的发射极连接到所述放大电路的NPN管Q3的基极。
本发明射频功率放大器电路的另一技术方案是,包括偏置电路和放大电路,所述放大电路包括NPN管Q3,所述NPN管Q3的发射极接地,所述NPN管Q3的基极通过一电容Cin连接输入信号,所述NPN管Q3的集电极连接电源端VCC,同时通过一电容Cout之后作为信号输出端,所述偏置电路包括三个NPN管Q7、Q8和Q9,所述NPN管Q7的集电极与电压偏置端VBIAS之间串联连接有电阻R3和补偿电阻RX2,其中电阻R32靠近所述电压偏置端VBIAS,补偿电阻RX2靠近所述NPN管Q7的集电极,所述NPN管Q7的发射极接地,所述NPN管Q8的基极连接到所述补偿电阻RX2与电阻R3相连接的一端,所述NPN管Q8的发射极通过电阻R4接地,同时所述NPN管Q8的发射极还连接所述NPN管Q7的基极,所述NPN管Q9的基极连接到所述NPN管Q7的集电极,所述NPN管Q9的发射极通过电阻R5接地,所述NPN管Q8和Q9的集电极都连接到偏置电路电源端VCB,所述NPN管Q9的发射极连接到所述NPN管Q3的基极。
本发明在偏置电路中设计电阻补偿的电路结构,加入补偿电阻,可以对电压进行有效的补偿,降低电路对偏置电压的依赖性,同时增强温度补偿作用,提高了功率放大器的稳定性和适用性。
具体实施方式
本发明射频功率放大器电路,其电路图如图2所示,包括偏置电路和放大电路,所述放大电路包括NPN管Q3,所述NPN管Q3的发射极接地,所述NPN管Q3的基极通过一电容Cin连接输入信号,所述NPN管Q3的集电极连接电源端VCC,同时通过一电容Cout之后作为信号输出端,其特征在于,所述偏置电路包括三个NPN管Q4、Q5和Q6,所述NPN管Q4的集电极与电压偏置端VBIAS之间串联连接有电阻R2和补偿电阻RX1,其中电阻R2靠近所述电压偏置端VBIAS,补偿电阻RX1靠近所述NPN管Q4的集电极,所述NPN管Q4的基极连接到所述补偿电阻RX1与电阻R2相连接的一端,所述NPN管Q4的发射极连接到所述NPN管Q5的集电极,所述NPN管Q5的基极连接到其自身的集电极,所述NPN管Q5的发射极接地,所述NPN管Q4的集电极还连接到所述NPN管Q6的基极,所述NPN管Q6的集电极连接到偏置电路电源端VCB,所述NPN管Q6的发射极连接到所述放大电路的NPN管Q3的基极。
如图2所示,在偏置电路的NPN管Q4的基极和集电极之间加入补偿电阻RX1。当偏置电压VBIAS增加时,由电流I1增加引起NPN管Q4的基极与发射极电压VBE4和NPN管Q5的基极与发射极电压VBE5增加,VBE4和VBE5的增加能有效地被RX1两端的电压降的增加所补偿。当偏置电压VBIAS减小时,由电流I1减小引起NPN管Q4的基极与发射极电压VBE4和NPN管Q5的基极与发射极电压VBE5减小,VBE4和VBE5的减小能有效地被RX1两端的电压降的减小所补偿。从而,使供给Q6的VBE6对VBIAS不敏感,因而使功率管的直流工作点对VBIAS不敏感。
当温度升高时,NPN管Q4的VBE4降低,电流I1随之增加,另一侧电流I2增加的幅度能有效地被RX1两端的电压降的增加所减小,从而使温度升高对NPN管Q6、Q3的输出特性的影响降低。当温度减低时,NPN管Q4的VBE4增加,电流I1随之降低,另一侧电流I2降低的幅度能有效地被RX1两端的电压降的减小所补偿,从而使温度升高对NPN管Q6、Q3的输出特性的影响降低。
在上述电路中,晶体管Q3、Q4、Q5、Q6选用结面积相同的NPN管,假设偏置电压VBIAS增加ΔV时,电流I1增加ΔI1,Q4、Q5的VBE各增加ΔVBE,晶体管Q6的基极电压Vb改变ΔVb。
则有
ΔV=ΔI1×R2+2×ΔVBE
ΔVb=[(VBIAS+ΔV)-(I1+ΔI1)(R2+RX)]-[VBIAS-I1(R2+Rx)]=ΔV-ΔI1(R2+Rx)
因此
ΔVb=2×ΔVBE-ΔI1×Rx。
由上式可知,当RX1取值RX合适时,即可补偿VBIAS的改变量对Vb的影响,使得ΔVb趋于0。
本发明还提供了射频功率放大器电路的另一种技术方案,如图3所示,包括偏置电路和放大电路,所述放大电路包括NPN管Q3,所述NPN管Q3的发射极接地,所述NPN管Q3的基极通过一电容Cin连接输入信号,所述NPN管Q3的集电极连接电源端VCC,同时通过一电容Cout之后作为信号输出端,所述偏置电路包括三个NPN管Q7、Q8和Q9,所述NPN管Q7的集电极与电压偏置端VBIAS之间串联连接有电阻R3和补偿电阻RX2,其中电阻R32靠近所述电压偏置端VBIAS,补偿电阻RX2靠近所述NPN管Q7的集电极,所述NPN管Q7的发射极接地,所述NPN管Q8的基极连接到所述补偿电阻RX2与电阻R3相连接的一端,所述NPN管Q8的发射极通过电阻R4接地,同时所述NPN管Q8的发射极还连接所述NPN管Q7的基极,所述NPN管Q9的基极连接到所述NPN管Q7的集电极,所述NPN管Q9的发射极通过电阻R5接地,所述NPN管Q8和Q9的集电极都连接到偏置电路电源端VCB,所述NPN管Q9的发射极连接到所述NPN管Q3的基极。
在上述电路中,偏置电路的NPN管Q7的集电极和NPN管Q8的基极之间加入补偿电阻RX2,NPN管Q9的基极与Q7的集电极相连。在该技术方案中,偏置电路采用的电阻补偿结构是电流比例可变的形式,可通过控制晶体管Q9与Q8的比例以及R5与R4的比例实现。当晶体管Q7和Q8结面积相同,晶体管Q9和Q10的结面积是Q7的M倍,电阻R4的阻值是R5的M倍,则流过晶体管Q9集电极的电流I5约是流过晶体管Q8集电极电流I4的M倍,因此可通过控制晶体管Q9与Q8的比例以及R5与R4的比例实现。
晶体管Q7、Q8选用结面积相同的NPN管,基极电压分别用Vb7,Vb8表示。晶体管Q9结面积是Q7的M倍。假设偏置电压VBIAS增加ΔV时,电流I3增加ΔI3,Q7、Q8的VBE分别增加ΔVBE7,ΔVBE8,Q9的VBE增加ΔVBE9,晶体管Q9的基极电压Vb改变ΔVb。
由于
Vb7=VBE7,Vb8=Vb7+VBE8=VBE7+VBE8
则有
VBIAS=I3×R3+Vb8=I3×R3+VBE7+VBE8
ΔV=ΔIΔI3×R3+ΔVBE7+ΔVBE8
ΔVb=[(VBIAS+ΔV)-(I3+ΔI3)(R3+RX)]-[VBIAS-I3(R3+Rx)]=ΔV-ΔI3(R3+Rx)
因此
ΔVb=ΔI3×R3+ΔVBE7+ΔVBE8-ΔI3(R3+Rx)=ΔVBE7+ΔVBE8-ΔI3×Rx
由上式可知,当RX2的取值RX合适时,即可补偿VBIAS的改变量对Vb的影响,使得ΔVb趋于0。
在上述补偿过程中,补偿电阻RX2的值由具体偏置电路所确定。
本发明在偏置电路中设计电阻补偿结构,加入补偿电阻。所加入的补偿电阻起到两个作用:1.增加偏置电路的电压补偿作用,降低电路对偏置电压的依赖性;2.增强偏置电路的温度补偿作用。由于偏置电压改变或温度改变而导致NPN管Q4和Q5或者Q7和Q8的电流的变化,由电流变化引起的基极与集电极之间电压VBE的变化量能有效地被RX1或RX2两端的电压降变化量所补偿,从而使电路对偏置电压和温度不敏感。