CN104539247B - 一种达林顿结构的宽带放大器电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种达林顿结构的宽带放大器电路，包括：第一级放大电路、第二级放大电路和相位调节电路；第一级放大电路包括：第一三极管，且第一三极管的基极为该宽带放大器电路的信号输入端；第二级放大电路包括：第二三极管和第三三极管，第二三极管的发射极与第三三极管的集电极相连，第二三极管的基极连接直流偏置电压，第三三极管的发射极接地；第一三极管的发射极与第三三极管的基极相连，第一三极管的集电极与第二三极管的集电极相连并成为该宽带放大器电路的信号输出端；相位调节电路，用于调节第一级放大电路集电极的电流相位；相位调节电路的一端接地，另一端连接第一三极管的发射极与第三三极管的基极的连接端。
Description
技术领域
本发明涉及放大器电路技术领域，尤其涉及一种达林顿结构的宽带放大器电路。
背景技术
宽带放大器的设计在现代电子战中已成为单片微波集成电路(MMIC)领域的一个热点问题。达林顿负结构广泛应用于宽带放大器电路的设计中。图1为传统的达林顿结构的宽带放大器电路的结构示意图，其中a为整个电路的输入端，b为整个电路的输出端，由于第一级放大电路(包括Q5)和第二级放大电路(包括Q6)存在了180度的相位差，使得整个电路的输出端b的电流是三极管Q5的集电极和三极管Q6集电极电流之差，导致增益性能下降，所以已不能满足宽带放大器带宽宽、增益高的需求，而且大都使用GaAs PHEMT工艺，价格昂贵。如果在高频时减小这两级的相位差，就可以使得增益在高频时得到补偿从而提升带宽。
发明内容
针对上述现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种达林顿结构的宽带放大器电路，该宽带放大器电路具有带宽宽、增益高的特点。
本发明公开了一种达林顿结构的宽带放大器电路，该宽带放大器电路包括：第一级放大电路、第二级放大电路和相位调节电路；
所述第一级放大电路包括：第一三极管，且所述第一三极管的基极为该宽带放大器电路的信号输入端；
所述第二级放大电路包括：第二三极管和第三三极管，所述第二三极管的发射极与所述第三三极管的集电极相连，所述第二三极管的基极连接直流偏置电压，所述第三三极管的发射极接地；
所述第一三极管的发射极与所述第三三极管的基极相连，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的集电极相连并成为该宽带放大器电路的信号输出端；
所述相位调节电路，用于调节第一级放大电路集电极的电流相位；
所述相位调节电路的一端接地，另一端连接所述第一三极管的发射极与所述第三三极管的基极的连接端。
可选的，所述相位调节电路包括：第一电感、第一电阻和场效应管；
所述第一电感的一端作为所述相位调节电路的另一端，与所述第一三极管的发射极以及所述第三三极管的基极相连；
所述第一电感的另一端与所述第一电阻的一端相连，其连接端作为所述相位调节电路的一端；
所述第一电阻的另一端与所述场效应管的栅极相连；
所述场效应管的漏极与源极分别接地。
可选的，该宽带放大器电路还包括：负反馈电路，跨接在所述信号输入端和信号输出端之间，用于使第一三极管的基极的电压等于所述信号输出端的电压与所述的信号输入端的电压之差。
可选的，所述负反馈电路包括：第二电阻、第三电阻、电容和运算放大器；
所述运算放大器的同相输入端连接所述信号输入端，所述运算放大器的输出端连接所述信号输出端，所述运算放大器的反相输入端与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与所述运算放大器的输出端以及所述信号输出端相连；
所述电容与所述第三电阻并联，其中并联的一连接端接地，并联的另一连接端与所述运算放大器的反相输入端、所述第二电阻的一端相连。
可选的，该宽带放大器电路还包括：第四电阻，用于调节第一三极管的发射极的偏置电流；
所述相位调节电路的一端通所述第四电阻接地。
可选的，该宽带放大器电路还包括：第二电感，用于调节所述第三三极管的发射极的偏置电流；
所述第三三极管的发射极通过所述第二电感接地。
可选的，该宽带放大器电路采用InGaP/GaAs HBT工艺。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开的一种达林顿结构的宽带放大器电路，在第一级放大电路的发射极加入相位调节电路，来调节第一级放大电路集电极的相位，从而减小与第二级放大电路的相位差来达到增益的补偿；在第二级放大电路中加入第二三极管，并采用共射共基结构来降低米勒效应的影响，从而使得该宽带放大器电路的主极点右移，拓展其带宽。与传统的达林顿结构相比，该宽带放大器电路的带宽扩展为400MHz～7GHz，增益大于12dB。该宽带放大器电路具有成本低、工艺成熟的特点，同时对两级放大电路进行了相位校正，解决了传统达林顿结构在价格、带宽、增益方面的缺陷。
附图说明
图1是传统的达林顿结构的宽带放大器电路的结构示意图；
图2是本发明实施例一的结构示意图；
图3是本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
图2是本发明实施例一的结构示意图；如图2所示，本发明公开了一种达林顿结构的宽带放大器电路，该宽带放大器电路包括：第一级放大电路、第二级放大电路和相位调节电路。
第一级放大电路包括：第一三极管Q1，且所述第一三极管的基极为该宽带放大器电路的信号输入端a；第二级放大电路包括：第二三极管Q2和第三三极管Q3，第二三极管Q2的发射极与第三三极管Q3的集电极相连，第二三极管Q2的基极连接直流偏置电压Vb；第三三极管Q3的发射极接地。
第一三极管Q1的发射极与第三三极管Q3的基极相连；第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q2的集电极相连并成为该宽带放大器电路的信号输出端b。
相位调节电路，用于调节第一级放大电路集电极的电流相位。相位调节电路的一端接地；另一端连接第一三极管Q1的发射极与第三三极管Q3的基极的连接端。
本发明实施例一中，第一三极管Q1作为输入晶体管，其基极为该宽带放大器电路的信号输入端，第二三极管Q2作为输出晶体管，其集电极作为该宽带放大器电路的信号输出端，第二三极管Q2和第三三极管Q3串联耦合，形成共射共基结构。
进一步的，相位调节电路包括：第一电感L1、第一电阻R1和场效应管Q4。
第一电感L1的一端作为相位调节电路的另一端，与第一三极管Q1的发射极以及第三三极管Q3的基极相连；第一电感L1的另一端与第一电阻R1的一端相连，其连接端作为相位调节电路的一端并接地；第一电阻R1的另一端与场效应管Q4的栅极相连；场效应管Q4的漏极与源极分别接地，场效应管采用电容式接法，即漏源短接。
进一步的，该宽带放大器电路还包括：第四电阻R4，用于调节第一三极管Q1的发射极的偏置电流；相位调节电路的另一端通第四电阻R4接地。
进一步的，该宽带放大器电路还包括：第二电感L2，用于调节第三三极管Q3的发射极的偏置电流；第三三极管Q3的发射极通过第二电感L2接地。
进一步的，该宽带放大器电路采用InGaP/GaAs HBT(砷化镓基磷化镓铟异质结双极晶体管)工艺。
本发明实例一在第一级放大电路的发射极加入了相位调节电路，通过第一电感、第一电阻和场效应管三个元器件来调节第一级放大电路集电极的相位，从而减小与第二级放大电路的相位差来达到增益的补偿。通过在高频时优化三个元件的值来达到一定的增益补偿，最终拓展带宽。在第二级放大电路中加入第二三极管，并采用共射共基结构来降低米勒效应的影响，从而使得该宽带放大器电路的主极点右移，拓展其带宽。与传统的达林顿结构相比，该宽带放大器电路的带宽扩展为400MHz～7GHz，增益大于12dB。
本发明实例一公开的达林顿结构的宽带放大器电路具有成本低、工艺成熟的特点，同时对两级放大电路进行了相位校正，解决了传统达林顿结构在价格、带宽、增益方面的缺陷。
实施例二
图3是本发明实施例二的结构示意图。如图3所示，一种达林顿结构的宽带放大器电路，该宽带放大器电路包括：第一级放大电路、第二级放大电路和相位调节电路。
第一级放大电路包括：第一三极管Q1，且所述第一三极管的基极为该宽带放大器电路的信号输入端a；第二级放大电路包括：第二三极管Q2和第三三极管Q3，第二三极管Q2的发射极与第三三极管Q3的集电极相连，第二三极管Q2的基极连接直流偏置电压Vb；第三三极管Q3的发射极接地。
第一三极Q1管的发射极与第三三极管Q3的基极相连；第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q2的集电极相连并成为该宽带放大器电路的信号输出端b。
相位调节电路，用于调节第一级放大电路集电极的电流相位。
相位调节电路的一端接地；另一端连接第一三极管Q1的发射极与第三三极管Q3的基极的连接端。
进一步的，相位调节电路包括：第一电感L1、第一电阻R1和场效应管Q4。
第一电感L1的一端作为相位调节电路的另一端，与第一三极管Q1的发射极以及第三三极管Q3的基极相连；第一电感L1的另一端与第一电阻R1的一端相连，其连接端作为相位调节电路的一端并接地；第一电阻R1的另一端与场效应管Q4的栅极相连；场效应管Q4的漏极与源极分别接地，场效应管采用电容式接法，即漏源短接。
进一步的，该宽带放大器电路还包括：负反馈电路，跨接在信号输入端a和信号输出端b之间，用于使第一三极管Q1的基极的电压等于信号输出端的电压与的信号输入端的电压之差；负反馈电路的一端与第一三极管Q1的基极相连；负反馈电路的另一端，与第一三极管Q1的集电极与第二三极管的集电极的连接端相连。
进一步的，负反馈电路包括：第二电阻R2、第三电阻R3、电容C1和运算放大器U1。
运算放大器U1的同相输入端连接信号输入端，运算放大器U1的输出端连接信号输出端，运算放大器U1的反相输入端与第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与运算放大器U1的输出端以及信号输出端相连。
负反馈电路的一端为运算放大器U1的同相输入端，与第一三极管Q1的基极相连；负反馈电路的另一端为运算放大器U1的输出端与第二电阻R2的连接端，且与第一三极管Q1的发射极与第三三极管Q3的基极的连接端相连。
电容C1与第三电阻R3并联，其中并联的一连接端接地，并联的另一连接端与运算放大器U1的反相输入端、第二电阻R2的一端相连，即：并联的另一连接端，与运算放大器U1的反相输入端和第二电阻R2的连接端相连。
其中，负反馈电路在信号输入端和信号输出端之间耦合，电容C1选择合适容抗，可以用来消除宽带放大器电路的信号输入端和信号输出端之间的互调失真，优化噪声因子(NF)。
进一步的，该宽带放大器电路还包括：第四电阻R4，用于调节第一三极管Q1的发射极的偏置电流；相位调节电路的另一端通第四电阻R4接地。
进一步的，该宽带放大器电路还包括：第二电感L2，用于调节第三三极管Q3的发射极的偏置电流；第三三极管Q3的发射极通过第二电感L2接地；第二电感L2选择合适的感抗，还能用于改善宽带放大器电路的线性。
进一步的，该宽带放大器电路采用InGaP/GaAs HBT工艺。
本发明实施例二中的第一级放大电路通过第一电感、第一电阻和场效应管来调节第一级放大电路的电流相位，减小第一级放大电路的集电极和第二级放大电路的集电极之间电流的相位差，整个宽带放大器电路输出电流的相位的变化同时会反映在第二级放大电路的输出电压上，通过在宽带放大器电路的信号输出端与信号输入端之间加入一个负反馈电路，使第一三极管的基极电压是宽带放大器电路的信号输出端的输出电压与信号输入端的输入电压之差，这样相位差会反映在第一级放大电路的发射极电流上，再通过相位调节电路进行相位调节，同时场效应管的栅极电压的变化也会引起其电容的变化，这样就可以自动调节容值以适应电流相位差缩小带来的变化，从而达到相位调节的作用。通过在高频时优化相位调节电路和负反馈电路来达到一定的增益补偿，最终拓展带宽。该宽带放大器电路的带宽扩展为400MHz～8GHz,增益大于15dB。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种达林顿结构的宽带放大器电路，其特征在于，该宽带放大器电路包括：第一级放大电路、第二级放大电路和相位调节电路；
所述第一级放大电路包括：第一三极管，且所述第一三极管的基极为该宽带放大器电路的信号输入端；
所述第二级放大电路包括：第二三极管和第三三极管，所述第二三极管的发射极与所述第三三极管的集电极相连，所述第二三极管的基极连接直流偏置电压，所述第三三极管的发射极接地；
所述第一三极管的发射极与所述第三三极管的基极相连，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的集电极相连并成为该宽带放大器电路的信号输出端；
所述相位调节电路，用于调节第一级放大电路集电极的电流相位，减小与第二级放大电路的相位差；
所述相位调节电路的一端接地，另一端连接所述第一三极管的发射极与所述第三三极管的基极的连接端。
2.根据权利要求1所述的达林顿结构的宽带放大器电路，其特征在于，所述相位调节电路包括：第一电感、第一电阻和场效应管；
所述第一电感的一端作为所述相位调节电路的另一端，与所述第一三极管的发射极以及所述第三三极管的基极相连；
所述第一电感的另一端与所述第一电阻的一端相连，其连接端作为所述相位调节电路的一端；
所述第一电阻的另一端与所述场效应管的栅极相连；
所述场效应管的漏极与源极分别接地。
3.根据权利要求2所述的达林顿结构的宽带放大器电路，其特征在于，该宽带放大器电路还包括：负反馈电路，跨接在所述信号输入端和信号输出端之间，用于使第一三极管的基极的电压等于所述信号输出端的电压与所述的信号输入端的电压之差。
4.根据权利要求3所述的达林顿结构的宽带放大器电路，其特征在于，所述负反馈电路包括：第二电阻、第三电阻、电容和运算放大器；
所述运算放大器的同相输入端连接所述信号输入端，所述运算放大器的输出端连接所述信号输出端，所述运算放大器的反相输入端与所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与所述运算放大器的输出端以及所述信号输出端相连；
所述电容与所述第三电阻并联，其中并联的一连接端接地，并联的另一连接端与所述运算放大器的反相输入端、所述第二电阻的一端相连。
5.根据权利要求1-4中任一所述的达林顿结构的宽带放大器电路，其特征在于，该宽带放大器电路还包括：第四电阻，用于调节第一三极管的发射极的偏置电流；
所述相位调节电路的一端通所述第四电阻接地。
6.根据权利要求5所述的达林顿结构的宽带放大器电路，其特征在于，该宽带放大器电路还包括：第二电感，用于调节所述第三三极管的发射极的偏置电流；
所述第三三极管的发射极通过所述第二电感接地。
7.根据权利要求1-4中任一所述的达林顿结构的宽带放大器电路，其特征在于，该宽带放大器电路采用InGaP/GaAs HBT工艺。
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