功率放大器偏置电路设计.docx

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功率放大器偏置电路设计

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蒋辉

摘要：功放电路中偏置电路在特定的工作条件下为功放管提供适当的静态工作点，并抑制功放管参数的离散性及温度变化的影响，从而保持恒定的工作特性。还可以调节功放的增益，尤其在线性功放电路中可以调节功放的线性度。

关键词：功率放大器;偏置电路;栅极偏置;漏极偏置;温度补偿

1.前言

本文介绍了功率放大器偏置电路设计中的实用方法。功率放大器的稳定性这些问题主要是由外围偏置电路引起的，这是设计中要注意的。由于放大器自身特性，在电源偏置电路的设计中要注意栅极、漏极电压的时序和温度补偿，是功率放大器设计中的重要部分。

2.栅极偏置电路

栅极偏置电路的主要功能如下：

a）提供恒定的栅极电压Vgs。

b）作为栅极电流保护电路（漏极到栅极或栅极到源极）;

c）隔离漏极窜到栅极的信号。

栅极电阻尽可能近的连接到栅极，这样可以更好的防止辐射和自激。栅极偏置电路如图（1）所示，其中，R2不能连接输入匹配电路和偏置电路。它连接第一节微带线和电容C5。电容C4容值较低，为了阻止在低频率下的共振（其中包括到底的穿孔感应），不能存储太多的能量以及在低频率的情况下有较高的阻抗。这意味着在低频率的情况下如果栅极有负阻抗，它将连接R2，从而整个阻抗值都应该是正值。

在功放的偏置电路中，也可以是有电阻串连供电，因为栅极大电流一般是很小的，加电阻对功放对偏置没有什么影响，还可以更好的改变偏置电源对功放对影响，增加电路的稳定性。电阻R2一般取5～12欧姆。R1可以取大一点，1K即可。

3.漏极偏置电路

漏极偏置电路有以下几种功能：

a）维持恒定的漏极电压;

b）提供漏极电流最小大于Idsmax;

c）确保电路在放大器的输出频率带宽内稳定;

d）隔离栅极窜到漏极的信号。

C6在电路中主要的作用是去耦，最好选用高Q低等效电阻微波电容，尤其是大功率输出的功放。C6电容加在λ/4短路线的尽头较好。C7、C8、C9的容值的分别选用1000pF、10nF和10uF，主要是用于电源滤波。

除了标准的去耦电容外，并联RC串联电路到地可以改善放大器的稳定性，第一节微带线要承受的漏极电流Ids，这就意味着它的最小宽度受电流限制以及特性阻抗也不能太大，微带线的线宽应尽可能的宽，这样可以减小偏置电路中的直流电压的下降。

然而微带线的线宽必须和放大器的特性阻抗一致，且要保证微带线在可能出现的大电流下不会被烧断，通过式（1）计算承受电流Fc。

式（1）中，W是线宽（mm），h是微带线的厚度（mm），使Fc保持在一定范围内。也可以通过经验值来设置线宽，一般按照电流是（A）是线宽（mm）的2倍。

当偏置电路仅仅被用作偏置时，为了确保电路的稳定性，它应尽可能近的连接到漏极。直流偏置对主线的影响，对于不同的管子，可利用仿真软件对偏置电路进行仿真设计。

4.偏置放大器电源时序控制

不遵守正确的电源时序会影响器件的稳定性。连续违反时序控制模式会损坏片内保护电路并产生长期损害，導致现场操作故障。

优化偏置电平，可以改善射频放大器的性能，具体情况取决于配置和应用要求。对于某些应用，通过控制栅压，可以改变放大器的射频性能以适应不同的现场情况。

晶体管通常需要电源来为漏极引脚和栅极引脚供电，此静态漏极电流与栅极电压相关。偏置电路的时序控制，首要要确保放大器能正常工作，其次防止电路的自激和过流现象。

a）电路加电步骤

先将Vgs降到最小夹断电压，Vgs=Vgs（th）;

慢慢增大Vds到推荐电压;

慢慢增大Vgs直到达到漏极推荐静态电流ID;

最后加射频。

由于在漏极电压较低时，功率器件特别不稳定，所以在增大漏极电压Vds时，Vgs低到推荐夹断电压。

b）电路关电步骤

先关断射频;

减小Vgs到Vgs（th）;

减小Vds=0V;

增加Vgs=0V。

5.功放管静态工作点温度补偿

由于功放管的静态工作点随温度变化呈正温度系数变化趋势，使得功率放大器的线性度受到影响，可通过功放管的静态工作点的设置来减小对功率放大器的线性度的影响。

式（2）中Vg为栅极电压，Vo为三端稳压器的标称稳压值，Vd为二极管的正向导通压降。假定Vo与温度变化无关，则可以得到?Vg=?Vd。?Vd为温度变化所引起Vd的变化量、?Vg为栅极电压Vg的变化量。其导通压降随温度变化呈负温度系数变化趋势。通常，当温度升高时，此类二极管的导通压降会以约2mV/℃的斜率下降，使得功放管的栅极电压降低，从而可抵消因温度上升功放管本身工作电流上升的趋势，稳定了工作点。

在功放偏置设计时，应将偏置电源稳压后使用，并且要对偏置电源做温度补偿。因为偏置电源的电压将影响功放的增益、线性，并且会影响了放大器的稳定性。放大器自身特性决定外围偏置电路设计，偏置电路的优劣也直接影响到放