一種應(yīng)用于功率放大器的高精度溫度補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)

摘 要： 提出一種應(yīng)用于功率放大器的高精度溫度補(bǔ)償電路，采用硅二極管與電阻串并聯(lián)的方法實(shí)現(xiàn)功率放大器的溫度補(bǔ)償，保證功率放大器在不同溫度下均可以正常穩(wěn)定地工作，且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于調(diào)試。應(yīng)用PCB板實(shí)現(xiàn)了具有溫度補(bǔ)償?shù)墓β史糯笃麟娐罚瑴y(cè)試結(jié)果表明在-40～80 ℃的溫度范圍內(nèi)，功率放大器的靜態(tài)電流只有3.8%的變化。因此該方法可以實(shí)現(xiàn)在較寬的溫度范圍內(nèi)對(duì)功率放大器進(jìn)行有效的高精度溫度補(bǔ)償，可以廣泛應(yīng)用于功率放大器、特別是對(duì)溫度補(bǔ)償量要求較高的功率放大器及大功率放大器的設(shè)計(jì)中。

關(guān)鍵字： 功率放大器； 高精度溫度補(bǔ)償； 電路設(shè)計(jì)； 寬溫度范圍補(bǔ)償

中圖分類號(hào)： TN837?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）03?0137?04

Design of a high?accuracy temperature compensation circuit applied to power amplifier

GENG Zhi?qing， CAO Pan， CHEN Xiang?guo， HOU Hua

（School of Information and Electrical Engineering， Hebei University of Engineering， Handan 056038， China）

Abstract： A high precision temperature compensation circuit for power amplifier are presented in this paper. A silicon diode and resistor series?parallel method is adopted to realize the temperature compensation circuit which can guarantee stability and reliability of the power amplifier under different temperature conditions. The circuit structure is simple and easy to debug. The power amplifier with the proposed temperature compensation circuit is implemented by using PCB. The measured results show that the variation of the quiescent current of the power amplifier is only 3.8% over the temperature range of -40～+80 ℃. Therefore， the proposed circuit can make high?accuracy temperature compensation for the power amplifier in a wide temperature range， and can be widely applied to power amplifiers， especially to high power amplifiers and power amplifiers with high?accuracy temperature compensation requirements.

Keywords： power amplifier； high?accuracy temperature compensation； circuit design； compensation in wide temperature range

0 引 言

近年來，隨著第三代晶體管技術(shù)與4G通信技術(shù)的發(fā)展，寬帶大功率放大器和高效率高峰均比的線性功率放大器逐漸成為研究熱點(diǎn)。從理論研究到實(shí)際應(yīng)用，不得不考慮溫度變化對(duì)功率放大器各項(xiàng)參數(shù)帶來的影響[1]。溫度的變化會(huì)直接影響到靜態(tài)工作電流IDQ，改變功放芯片的工作類型，從而改變功率放大器的增益、效率及線性度，對(duì)于大功率放大器甚至?xí)苯訜龎脑O(shè)備。因此溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)是功率放大器能否穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。功率放大器溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足以下三個(gè)方面的要求：補(bǔ)償精度高、易于調(diào)試和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。目前存在的溫度補(bǔ)償電路往往只是為了追求其中的一個(gè)或者是兩個(gè)方面的要求而進(jìn)行了折中設(shè)計(jì)，已經(jīng)逐漸不能滿足現(xiàn)代功率放大器的設(shè)計(jì)需求。例如加入外圍芯片來減小調(diào)試難度，但是卻增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，從而加大了布線的難度[2]；或者通過簡(jiǎn)單的晶體管串聯(lián)來減小結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，但是溫度補(bǔ)償精度會(huì)變得很差[3]。因此本文提出一種應(yīng)用于功率放大器的新型溫度補(bǔ)償電路，該電路同時(shí)兼有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、補(bǔ)償精度高和易于調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，可以方便地投入到實(shí)際的應(yīng)用中。

1 溫度補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)

在功率放大器的設(shè)計(jì)中，由于線性與效率的要求，功放芯片通常工作于AB類[4]。在工作點(diǎn)附近功放芯片通常具有正的溫度系數(shù)，以NXP公司的BLF6G21?45為例，保持靜態(tài)工作點(diǎn)電壓VDS=28 V，VGS=2.245 V不變，當(dāng)熱沉溫度（TNSK）從-40 ℃變化為90 ℃時(shí)，通過仿真可以得到靜態(tài)工作電流變化[5]如圖1所示。隨著溫度的升高，靜態(tài)電流約以5 mA/℃的規(guī)律線性變化。為了保持靜態(tài)工作電流的穩(wěn)定，通常采用在功放芯片的柵極加入溫度敏感器件作為溫度補(bǔ)償方法，使其隨著溫度的變化對(duì)柵壓進(jìn)行線性調(diào)節(jié)[6]，以此抵消溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

工程應(yīng)用中較為常用的溫度敏感性器件主要有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻和晶體管。

NTC熱敏電阻阻抗值與工作溫度的關(guān)系[7]為：

從圖6可以看出，未采用溫度補(bǔ)償電路之前，功率放大器的靜態(tài)電流從75 mA變化到了690 mA，使得功率放大器不能正常工作。加入溫度補(bǔ)償電路之后，靜態(tài)電流的變化得到了明顯改善，在-15～-40 ℃的范圍內(nèi)，隨著溫度的降低靜態(tài)電流逐漸上升，從-15 ℃時(shí)的362 mA上升到了-40 ℃時(shí)的375 mA，有13 mA的電流變化量，這是由于對(duì)溫度補(bǔ)償電路的要求并不是完全線性，室溫以下對(duì)溫度補(bǔ)償量的要求要比室溫以上的略低（通過圖4可以求出），隨著溫度的降低補(bǔ)償量逐漸大于需要量造成的。在高于室溫時(shí)，靜態(tài)電流幾乎不隨溫度發(fā)生變化，僅僅只有2～3 mA的波動(dòng)。

測(cè)試得到的最高和最低靜態(tài)電流分別為-40 ℃時(shí)375 mA和35 ℃時(shí)的361 mA，因此在溫度變化120 ℃的情況下，靜態(tài)電流僅僅只有3.8%的變化量，比文獻(xiàn)[3]中的10%的變化量，補(bǔ)償能力提高了將近3倍，并且調(diào)試難度也大大降低。另外此電路已經(jīng)投入到了批量生產(chǎn)的功率放大器的實(shí)際應(yīng)用中，表現(xiàn)出了較高的一致性和穩(wěn)定性。

3 結(jié) 語

本文通過二極管與電阻簡(jiǎn)單的串并聯(lián)方法實(shí)現(xiàn)了一種應(yīng)用于功率放大器的溫度補(bǔ)償電路，該電路具有補(bǔ)償精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)試的特點(diǎn)。為了驗(yàn)證提出溫度補(bǔ)償方法的有效性，本文以NXP公司的BLF6G20?45芯片為例，對(duì)溫度補(bǔ)償電路進(jìn)行了實(shí)測(cè)和調(diào)試，測(cè)試結(jié)果表明在-40～80 ℃的溫度范圍內(nèi)，功率放大器靜態(tài)電流僅有3.8%的變化量，因此實(shí)現(xiàn)了功率放大器的高精度溫度補(bǔ)償，可以方便有效地應(yīng)用于現(xiàn)代功率放大器特別是大功率放大器的設(shè)計(jì)中。

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