自适应偏置电路的制作方法

1.本实用新型涉及射频微波领域，更具体地涉及一种用以调节功率放大电路的偏置状态的自适应偏置电路。

背景技术：

2.决定功放工作状态的是功率管的偏置状态，因此对于任何射频放大器来说，合适的直流偏置网络能够抑制外部电压变化和温度变化的影响，提供适当的静态工作点以保证功率放大器工作特性的稳定。
3.现有技术的偏置电路如图1所示，偏置电路主要是由晶体管q1、q2、q3，电阻r1、r2、r3、r4及电容c1组成。q0为射频功率晶体管，cblock为输入隔直电容，lchock为扼流电感。功率管晶体管q0的偏置电流由晶体管q1和q2组成的电流镜提供，其中电阻r1、晶体管q1和电容c1组成线性化电路，电容c1的存在减小了偏置电路的阻抗，相当于引入一条射频通路，同时将泄漏的射频信号短路到地，从而使晶体管q1的基极电压保持恒定。随着输入功率的增加，泄漏到偏置电路中的射频信号使得q1的基-射结的电压vbe1降低，因而补偿了功率管q0基-射结电压vbe0的降低，抑制了功率管q0的非线性失真。此外，把基极和集电极连接作二极管使用的晶体管q2、q3和电阻r3、r4构成温度补偿电路，当温度变化时，上述晶体管的基-射结压降将产生相同的变化趋势，由此起到温度补偿的作用。
4.上述现有技术的偏置电路中的晶体管q1通过串联电阻r3、r4及二极管形式连接的晶体管q2、q3分压为其基极提供直流偏压，其中处于导通状态的晶体管q2、q3的等效电阻rq＝1/gq2+1/gq3(gq2和gq3分别为晶体管q2、q3的跨导)。此时，晶体管q1的基极电压vb1为：vb1≈vref*(rq+r4)/(r3+r4+rq)。而晶体管的输入特性表达式为：ic1＝is*exp(vbe1/vt)(其中is为晶体管的饱和电流,vt为温度的电压当量，在室温下，vt＝26mv),所以q1晶体管集电极的输出电流ic1≈is*exp(vref*(rq+r4)/(2*(r3+r4+rq)*vt))。从上式中可以看出，基准电压vref产生很小的变化，会因为指数相关性而导致晶体管的集电极电流的很大改变，这一变量再经过功率管q0的放大，会导致较大的静态工作点的偏移。
5.因此，上述现有技术的偏置电路虽然电路结构简单，但是其对基准电压的波动变化非常敏感，基准电压vref的微小变化会被处于放大状态的晶体管q2几十或者上百倍的放大显现出来，从而改变了功率管q0的静态工作点，影响其工作特性的稳定。
6.因此，有必要提供一种改进的用以调节功率放大电路的偏置状态的自适应偏置电路来克服上述缺陷。

技术实现要素：

7.本实用新型的目的是提供一种自适应偏置电路，本实用新型的自适应偏置电路对基准电压的波动的敏感性很低且具有线性化补偿能力，使射频功率放大器在复杂的应用环境中能稳定、线性的工作。
8.为实现上述目的，本实用新型提供了一种自适应偏置电路，用以调节功率放大电
路的偏置状态，其包括线性补偿子电路与稳压子电路，所述稳压子电路与线性补偿子电路相互连接，且分别与功率放大电路连接，所述线性补偿子电路用以调节功率放大电路的功率晶体管的线性度，所述稳压子电路用以抑制基准电压波动对功率放大电路的静态工作点的影响；其中，所述稳压子电路包括，第一晶体管、第二晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻及第四电阻，所述第一电阻的一端与所述功率放大电路的功率晶体管连接，另一端与所述第一晶体管的基极连接；所述第一晶体管的发射极接地，其集电极与第二电阻的一端、第四电阻的一端、第二晶体管的基极共同连接，所述第四电阻的另一端接地，所述第二电阻的另一端与基准电压源连接；所述第二晶体管的发射极接地，其基极还与线性补偿子电路连接，其基极还与线性补偿子电路功率放大电路连接，其集电极与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与基准电压源连接。
9.较佳地，所述稳压子电路还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述第二晶体管的基极连接，另一端接地。
10.较佳地，所述第二电阻、第三电阻、第四电阻及第二晶体管共同构成负反馈环路，以抑制基准电压波动对功率晶体管静态偏置点的偏移。
11.较佳地，所述线性补偿子电路包括第三晶体管、第四晶体管及第五电阻，所述第三晶体管的发射极与所述功率放大电路的功率晶体管连接，基极与所述第四晶体管的基极、第二晶体管的集电极共同连接，所述第四晶体管的发射极与第二晶体管的基极、第四电阻的一端共同连接；所述第四晶体管的集电极与第三晶体管的集电极、第五电阻的一端共同连接，所述第五电阻的另一端与外部电源连接。
12.较佳地，所述线性补偿子电路还包括第二电容，所述第二电容的一端与所述第三晶体管的基极连接，另一端接地。
13.与现有技术相比，本实用新型的自适应偏置电路通过在所述稳压子电路中设置负反馈环路，在工作过程中能够有效地抑制基准电压波动变化对功率放大电路中功率晶体管集电极电流的影响，保证了功率放大电路能正常稳定而持续地工作；另外，本实用新型的自适应偏置电路由于还设置有线性补偿子电路，可以有效抑制功率晶体管增益压缩和相位失真，增强了自适应偏置电路对功率放大电路的线性化补偿作用。
14.通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。
附图说明
15.图1为现有技术的自适应偏置电路与功率放大电路连接的结构示意图。
16.图2为本实用新型的自适应偏置电路与功率放大电路连接的结构示意图。
17.图3为本实用新型方案与现有技术方案的功率晶体管集电极输出电流随基准电压变化的对比曲线图。
18.图4为本实用新型方案与现有技术方案的增益失真的对比曲线图。
具体实施方式
19.现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本实用新型提供了一种用以调节功率放大电路的偏置状态的自适应偏置电
路，本实用新型的自适应偏置电路对基准电压的波动的敏感性很低且具有线性化补偿能力，使射频功率放大器在复杂的应用环境中能稳定、线性的工作。
20.请参考图2，图2为本实用新型的自适应偏置电路与功率放大电路连接的结构示意图。如图2所示，本实用新型的自适应偏置电路与功率放大电路连接，所述功率放大电路包括功率晶体管q0、输入隔直电容cblock及扼流电感lchock，具体连接方式如图2所示。本实用新型的自适应偏置电路包括线性补偿子电路与稳压子电路，所述稳压子电路与线性补偿子电路相互连接，且分别与功率放大电路连接，所述线性补偿子电路用以调节功率放大电路的功率晶体管的线性度，所述稳压子电路用以抑制基准电压波动对功率放大电路的静态工作点的影响。
21.具体地，所述稳压子电路包括，第一晶体管q1、第二晶体管q2、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3及第四电阻r4，所述第一电阻r1一端与所述功率放大电路的功率晶体管q0连接，另一端与所述第一晶体管q1的基极连接；所述第一晶体管q1的发射极接地，其集电极与第二电阻r2的一端、第四电阻r4的一端、第二晶体管q2的基极共同连接，所述第四电阻r4的另一端接地，所述第二电阻r2的另一端与基准电压源vref连接；所述第二晶体管q2的发射极接地，其基极还与所述线性补偿子电路连接，其集电极与所述第三电阻r3的一端连接，所述第三电阻r3的另一端与基准电压源vref连接，从而通过所述第二电阻r2与第三电阻r3所述基准电压源vref分别向所述第一晶体管q1、第二晶体管q2提供基准电压；其中，所述第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4及第二晶体管q2共同构成负反馈环路，以抑制基准电压源vref输出的基准电压波动对功率放大电路的功率晶体管q0静态偏置点的偏移。
22.另外，所述稳压子电路还包括第一电容c1，所述第一电容c1一端与所述第二晶体管q2的基极连接，另一端接地；所述第一电容c1用以旁路从功率放大电路泄漏过来并被第一晶体管q1放大的射频信号，以减少射频信号对所述稳压电路的影响，保证所述稳压子电路抑制基准电压波动对功率放大电路的静态工作点影响。
23.作为本实用新型的优选实施方式，所述线性补偿子电路具体地包括第三晶体管q3、第四晶体管q4及第五电阻r5，所述第三晶体管q3的发射极与所述功率放大电路的功率晶体管q0连接，基极与所述第四晶体管q4的基极、第二晶体管q2的集电极共同连接，所述第四晶体管q4的发射极与第二晶体管q2的基极、第四电阻r4的一端共同连接；所述第四晶体管q4的集电极与第三晶体管q3的集电极、第五电阻r5的一端共同连接，所述第五电阻r5的另一端与外部电源vccb连接；所述外部电源vccb通过所述第五电阻r5给所述第三晶体管q3、第四晶体管q4提供工作电压。
24.更进一步地，所述线性补偿子电路还包括第二电容c2，所述第二电容c2一端与所述第三晶体管q3的基极连接，另一端接地。在本实用新型中，通过所述第二电容c2，使得流入所述线性补偿子电路中的射频信号短路到地，使得第三晶体管q3具有固定的基极电压，使得功率晶体管q0的集电极电流也较为恒定，以保证实现对所述功率放大电路的线性化补偿。
25.下面，再结合图2描述本实用新型自适应偏置电路的工作原理：
26.当基准电压vref增大时，其在自适应偏置电路的节点p2产生一个变化电压δv，增大了所述第二晶体管q2的基极偏压，增加的基极电流δib2经所述第二晶体管q2放大，使得流过第三电阻r3的电流ic3增加。由于第三晶体管q3的基极电压(节点p1的电压)vb3＝
vref-r3*ic3，所以电流ic3的增加导致电压vb3的降低，而电压vb3通过由第三晶体管q3、第四电阻r4组成的射极跟随器得到节点p0的电压vb0，而电压vb0的变化量与电压vb3的变化量同相，因此电压vb0的电压降低，电压vb0的降低抑制了功率管晶体管q0集电极电流随基准电压vref增加而增加。反之，当基准电压vref降低时，该反馈环路可以抑制功率晶体管q0集电极电流的降低，使得功率晶体管q0的集电极电流在基准电压vref波动时能维持一个相对恒定的值。
27.此外，本实用新型的自适应偏置电路还可以增强线性化补偿作用，当整个电路的输入功率增大时，由于基-射结二极管的整流特性，功率晶体管q0的集电极电流会增加，其基-射结两端电压vbe0降低，同时功率放大电路的部分射频信号通过第三晶体管q3和第二电容c2泄露到所述偏置电路中，经所述第三晶体管q3基-射结二极管整流后的直流电流增加，基-射结两端直流电压vbe3降低。由于第二电容c2的存在，使得流入所述偏置电路中的射频信号短路到地，使得第三晶体管q3具有固定的基极电压；而第三晶体管q3基-射结两端电压vbe3的降低，补偿了功率晶体管q0基-射结两端电压，从而抑制了功率晶体管q0增益压缩和相位失真。同时，随着输入功率增大，有一部分射频信号流入第一电阻r1和第一晶体管q1，在基-射结二极管整流作用下，第一晶体管q1集电极电流增大，而被第一晶体管q1放大的射频信号会被第一电容c1旁路掉，从而阻止了射频信号流入到所述第二晶体管q2中。所述第一晶体管q1增大的集电极电流经过第二电阻r2的作用，使得第二晶体管q2基极电压降低，其集电极电流也降低，又经所述第三电阻r3的作用，增大了第三晶体管q3的基极电压vb3，从而实现了自适应线性补偿。
28.请再结合参考图3与图4；借助ads仿真软件，对比现有技术方案与本实用新型方案功率晶体管q0集电极输出电流随基准电压变化见图3，当基准电压vref从2.9v升高到3.3v，现有技术方案功率晶体管集电极电流在68～104ma范围内波动，电流最大变化量为36ma；而本实用新型方案功率晶体管集电极电流在85～89ma范围内波动，电流最大变化量为4ma。众所周知地，功率放大器的线性度可以通过增益失真来反应，请再同时参考图4，相比现有技术方案，本实用新型技术方案的自适应偏置电路的输出1db压缩点由24dbm提升至27.5dbm，增益失真得到明显优化。因此，与现有技术方案相比，本实用新型的对基准电压波动不敏感的自适应偏置电路极大的减小了功率晶体管在基准电压波动时静态工作点的漂移，同时增强了偏置电路对功率晶体管线性化补偿，使功率放大电路在复杂的应用环境中能稳定、线性的工作。
29.综上所述，本实用新型的自适应偏置电路通过在所述稳压子电路中设置负反馈环路，在工作过程中能够有效地抑制基准电压波动变化对功率放大电路中功率晶体管集电极电流的影响，保证了功率放大电路能正常稳定而持续地工作；另外，本实用新型的自适应偏置电路由于还设置有线性补偿子电路，可以有效抑制功率晶体管增益压缩和相位失真，增强了自适应偏置电路对功率放大电路的线性化补偿作用。
30.以上结合最佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改、等效组合。

技术特征：

1.一种自适应偏置电路，用以调节功率放大电路的偏置状态，其包括线性补偿子电路与稳压子电路，所述稳压子电路与线性补偿子电路相互连接，且分别与功率放大电路连接，所述线性补偿子电路用以调节功率放大电路的功率晶体管的线性度，所述稳压子电路用以抑制基准电压波动对功率放大电路的静态工作点的影响；其特征在于，所述稳压子电路包括，第一晶体管、第二晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻及第四电阻，所述第一电阻的一端与所述功率放大电路的功率晶体管连接，另一端与所述第一晶体管的基极连接；所述第一晶体管的发射极接地，其集电极与第二电阻的一端、第四电阻的一端、第二晶体管的基极共同连接，所述第四电阻的另一端接地，所述第二电阻的另一端与基准电压源连接；所述第二晶体管的发射极接地，其基极还与线性补偿子电路连接，其集电极与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与基准电压源连接。2.如权利要求1所述的自适应偏置电路，其特征在于，所述稳压子电路还包括第一电容，所述第一电容的一端与所述第二晶体管的基极连接，另一端接地。3.如权利要求2所述的自适应偏置电路，其特征在于，所述第二电阻、第三电阻、第四电阻及第二晶体管共同构成负反馈环路，以抑制基准电压波动对功率晶体管静态偏置点的偏移。4.如权利要求1所述的自适应偏置电路，其特征在于，所述线性补偿子电路包括第三晶体管、第四晶体管及第五电阻，所述第三晶体管的发射极与所述功率放大电路的功率晶体管连接，基极与所述第四晶体管的基极、第二晶体管的集电极共同连接，所述第四晶体管的发射极与第二晶体管的基极、第四电阻的一端共同连接；所述第四晶体管的集电极与第三晶体管的集电极、第五电阻的一端共同连接，所述第五电阻的另一端与外部电源连接。5.如权利要求4所述的自适应偏置电路，其特征在于，所述线性补偿子电路还包括第二电容，所述第二电容的一端与所述第三晶体管的基极连接，另一端接地。

技术总结

本实用新型公开了一种自适应偏置电路，其包括线性补偿子电路与稳压子电路，稳压子电路包括，第一晶体管、第二晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻及第四电阻，所述第一电阻的一端与功率放大电路的功率晶体管连接，另一端与第一晶体管的基极连接；第一晶体管的集电极与第二电阻的一端、第四电阻的一端、第二晶体管的基极共同连接，所述第二电阻的另一端与基准电压源连接；第二晶体管的基极还与线性补偿子电路连接，其基极还与线性补偿子电路功率放大电路连接，其集电极与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端与基准电压源连接。本实用新型的自适应偏置电路对基准电压的波动的敏感性很小且具有线性化补偿能力，使射频功率放大器在复杂的应用环境中能稳定、线性的工作。线性的工作。线性的工作。

技术研发人员：

樊龙 张宗楠 李一虎

受保护的技术使用者：

四川和芯微电子股份有限公司

技术研发日：

2022.06.28

技术公布日：

2022/11/17