CN1204890A - 一种匹配电路及用于匹配晶体管电路的方法 - Google Patents

一种匹配电路及用于匹配晶体管电路的方法 Download PDF

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Abstract

一种由串联电感、并联电容器,漏极偏压电路及隔直电容器构成的匹配电路。并联电容器的电容量依赖于偏置电压。通过在匹配电路中使用此电容器,当输出功率增大时可以改变匹配状态,由此,当输出功率增大时,匹配状态从注重输出功率状态可以变化为注重低失真状态。

Description

一种匹配电路及用于匹配晶体管电路的方法
本发明涉及放大如移动通信中的微波信号或毫米波信号的放大器的匹配电路，还涉及使用匹配电路的低失真晶体管电路。
随着，高容量数字移动通迅***的出现，对低失真、高输出功率放大器的需求越来越强，由此，为了延长移动电路***的可能的总的连接时间，就需要以高效率进行工作的高输出功率放大器。在过去，反馈方法及预一失真方法已被用在高输出功率放大器中用来获得失真补偿。另一种失真补偿方法，例如，正如在1996年的日本信息与通迅工程师学会的电子社会参考C-94中所指出的，是通过使用串联二级管序列或通过使用硅双极晶体管与前置放大器的组合或使用源极电感来实现的。
然而，在上述的失真补偿电路中，由于在为了调节电平的目的而对功率放大器进行补偿之前先设置了衰减电路，不仅电路结构复杂且庞大，而且还很难制成压缩电路。
针对以上在现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供这样一种构成电路的技术，即其能通过使用简单的制造方法，来制成体积小、低失真高输出功率放大器，而同时能提供高效率的工作。
为实现本发明的目的，本发明的第一实施例使用了一个电容器，为了阻抗匹配的目的，其容量是偏压相关的。
本发明的第二实施例使用了第一电容器，其容量在基频时为了阻抗的目的是偏压相关的，并使用了第二电容器，其容量对于对应于谐波的阻抗匹配是非偏压相关的。
匹配晶体管电路的方法包含晶体管及匹配电路，匹配电路设置在所述晶体管的输出部分上，还包含一个电容器，其容量随偏压而发生变化，其中所述方法包含如下步骤：第一步，改变所述晶体管的输出电压；第二步，响应于所述晶体管的所述输出电压改变所述电容器的电容；第三步，由于所述电容器的所述容量的变化，匹配条件也发生变化；第四步，响应于所述电容器的所述容量的变化改变所述晶体管的所述输出电压的失真。
通过在阻抗匹配电路中使用具有偏压相关的容量的电容器，随着输出的增加，也即随着施加到匹配电路电容器上的电压的上升，能够改变匹配状态。通过这样做，当输出功率上升时，就可以使匹配状态从注重输出功率而变为注重失真补偿。
在具有第一电容器及第二电容器的电路结构中，其中第一电容器的容量是依赖偏压的，其用于基频阻抗匹配，而第二电容器的电容是不依赖偏压的，其用于谐波阻抗匹配，伴随着输出功率增大，基频阻抗也变化，而对应于谐波的匹配状态不改变。因此，谐波一直被抑制，从而能保证高效率的工作。
图1为本发明第一实施例的等效电路图；
图2为本发明第一实施例中的(Bax Sr1-x)TiO3薄膜电容器的容量与偏压间依赖关系的曲线图；
图3为本发明第一实施例的原理图；
图4为本发明第一实施例的效果图；
图5为本发明第二实施例的等效电路图；
图6为本发明第二实施例的原理图。
下面参照附图对本发明的实施例进行描述。
根据本发明，第一实施例的匹配电路为一个输出匹配电路。图1为本发明第一实施例的等效电路图，其由一串联电感101、一串联电容102、一并联电容103、一漏极偏压电路104、及一隔直流电容器105组成。其除了使用具有不依赖偏压的作为并联电容103的一个电容器外，其电路结构与通常使用的无太大区别。
由诸如(Bax Sr1-x)TiO3、Pb(Zrx Ti1-x)O3、SrBi2 Ti2 Nbx O9、BaTiO3、PbTi3或SrTiO3等材料制成的薄膜电容量器其电容量是依赖偏压的。对于这些电容器材料，在第59次春季应用物理学会的报告第28PxEF-9中已指出(Bax Sr1-x)TiO3薄膜电容器的电容量是依赖偏压的。
图2示出了(Bax Sr1-x)TiO3薄膜电容器的电容量对偏压的依赖关系，其示出了在薄膜沉积期间对基片使用及没有使用RF功率的情况。由于(Bax Sr1-x)TiO3被电场极化，所以在偏压为OV时电容量最大。电容量随偏压上升而减小。在使用RF功率的情况下，如在图2中所示的电容量变化大约50％。因此，通过使用(Bax Sr1-x)TiO3电容器，随着输出功率的增长，也即随着施加到匹配电路电容器上的电压的上升，可以改变匹配状态。图2还示出了(Bax Sr1-x)TiO3薄膜电容器的漏电流。
图3在阻抗图中示出了本发明的原理。如果对获得好的晶体管输出及失真特性的匹配状态都进行评价的话。其可通过设计从而使得随着输出功率的增大，匹配状态也从注重输出功率状态变为注重失真补偿状态。
图4示出输出功率与输入功率上的失真输出间的相关性。根据本发明的匹配电路可以在即使高输出功率的情况下也达到低的失真，而没有降低增益。当在电容量变化的方向或绝对值不合适的情况下，可以提供一个与端子106相连的电容器偏压电路，或增大匹配电路中的电感及电容。
根据本发明的第二实施例的匹配电路为一输出匹配电路。图5为本发明第二实施例的等效电路图，其由串联电感501、用于抑制第二谐波频率的并联电容器502、串联电感503、串联电容器504、并联电容器505、漏极偏压电路506、及隔直流电容器507构成。此种电路结构用了其电容量不相关于偏压的并联电容器502，用于抑制第二谐波频率，并用了并联电容器505，其电容量相关于偏压。此电路结构除了使用电容最相关于偏压的并联电容器505外，其与通常用的电路结构没什么大的区别。
由诸如(Bax Sr1-x)TiO3、Pb(Zrx Ti1-x)O3、SrBi2 Ti2 Nbx O9、BaTiO3、PbTiO3或SrTiO3等材料制成的薄膜电容器可以用作电容量相关于偏压的电容器。对于这些电容器材料，在第59次春季应用物理协会的报告第28Px-EF-9中已指出了(Bax Sr1-x)TiO3薄膜电容器的电容与偏压的相关性，其中指出，当在薄膜沉积期间对基片施加RF功率的情况下，电容量大约变化50％。因此，通过在匹配电路中用(Bax Sr1-x)TiO3电容器，随着输出功率的增大，也即随着施加到匹配电路电容器上的电压的增大，匹配状态可以改变。
图6在阻抗图中示出了本发明的原理。如果对获得好的晶体管输出功率及失真特性的匹配状态都进行评价的话，可通过设计，致使随着输出功率的增大，匹配状态从注重输出功率的状态变为注重失真补偿的状态。通过这样做，即使在高输出功率的情况下也可获得低失真。在电容变化的方向或绝对值不合适的情况下，可以提供一个与端子508相连的电容器偏压电路，或提高匹配电路中的电感及电容。SiNx电容器可被制成电容量不依赖于偏压的电容器，其用于抑制第二谐波频率。串联电感501及并联电容502被设计成使第二谐波频率被短路。由于用作并联电容器502的电容器的电容不依赖于偏压，所以第二谐波频率的匹配状态不随输出功率的增大而变化。因此，第二谐波频率总是被抑制，由此可获得高的工作效率。
本发明的第一个效果在于，通过使用电容量依赖于偏压的电容器，从而当输出功率增大时，匹配条件也从注重输出功率的状态而变为注重低失真的状态，从而消除了用在已有技术中的失真补偿电路，可以大大减少电路所占的表面积。另外，在减少成本的同时电路结构也简化了。
本发明的第二个效果在于，通过使用电容量依赖偏压的第一电容器，从而使匹配状态从注重输出功率状态而变为注重低失真状态，且通过使用电容量不依赖于偏压的第二电容器，可以达到短路二次谐波频率的效果，从而不仅可以得到低失真的特性，而且还可获得高工作效率、使用简单、小巧的电路结构。另外，通过抑制二次及高次谐波，也可获得更高的效率。

Claims (6)

1、一种匹配电路，其包含一用于阻抗匹配的电容器，其特征在于所述电容器的电容量不依赖于偏压。
2、一种匹配电路，其特征在于其包含一个用于相对于基频进行阻抗的第一电容器，所述电容器的电容量依赖于偏压，及一个用于相对于谐波阻抗匹配的第二电容器，所述电容器的电容量不依赖于偏压。
3、一种晶体管电路，其包含一晶体管及一匹配电路，所述匹配电路是设置在所述晶体管的输出部分上，其特征在于所述匹配电路还有一电容器，其电容量随所述晶体管的输出电压而变化，从而减少所述晶体管的输出电压上的失真。
4、根据权利要求3所述的晶体管电路，其特征在于可通过向所述电容器施加直流电压而不用所述晶体管的输出电压来控制所述电容器的电容。
5、一种用于匹配晶体管电路的方法，其中晶体管电路包含晶体管及匹配电路，匹配电路设置在所述晶体管的输出部分上，晶体管电路还包含一电容器，其电容量随偏压而变化，其特征在于其中所述方法包含如下步骤：
第一步，改变所述晶体管的输出电压；
第二步，相对于所述晶体管的所述输出电压来改变所述电容器的电容量；
第三步，由于所述电容器的电容量的变化而改变匹配状态；及
第四步，相对于所述电容器的所述电容量的变化，来改变所述晶体管的所述输出电压的失真。
6、根据权利要求5所述的用于匹配晶体管电路的方法，其特征在于匹配状态可以仅在基频处改变。
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