CN104009721A - 一种线性度和效率提高的推挽式功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线性度和效率提高的推挽式功率放大器，第一晶体管与第二晶体管组成第一NPN-NPN推挽放大电路，第三晶体管与第四晶体管组成第二NPN-NPN推挽放大电路，所述第一晶体管的基极与所述第四晶体管的基极连接，所述第三晶体管的基极与所述第二晶体管的基极连接。此发明提供的电路是基于HBT工艺的NPN-NPN推挽结构差分电路结构，该电路兼顾推挽的效率优势与差分结构的线性优势，有效的兼顾了电路的效率与线性度，在输入端可以连接有源分相器进一步改善电路的线性度，该电路结构简单，易于实现。
Description
技术领域
本发明属于射频以及微波功率放大器领域，特别涉及一种线性度和效率都提高的基于HBT工艺的NPN-NPN推挽结构的功率放大器。
背景技术
共射组态放大器是设计电路时最常采用的结构，但是由于功率放大器件在静态时候也是消耗功率的，所以效率比较低。如果功率放大器件在静态时候没有电流或者电压为零，就可以不消耗静态功率，因此最佳结果就是，电路只在有信号输入的时候功率放大器件导通工作，也就是电路工作在乙类或者甲乙类状态，但是甲乙类工作状态不能使电路输出线性度很好的信号。互补推挽结构功率放大器的出现，解决了放大器信号线性度和效率的这种折中关系。
一般的互补推挽结构电路为NPN-PNP型电路结构，由一只N型三级管和一只P型三级管构成。用一个射频信号来同时激励两只三极管，一只三极管导通并放大信号，另一只三极管截止，工作在推挽状态，所以又被称为互补推挽放大器。
在射频以及微波功率放大器领域，砷化镓（GaAs）异质结双极型晶体管（HBT）仍是主流工艺；但是由于NPN-PNP HBT补偿推挽结构的工艺实现难度很大，所以很少应用在基于HBT工艺的功率放大器设计中，推挽结构射频功率放大器的发展速度一直比较缓慢。1989年，射频工程师Robert G. Meyer提出一种单电源供电的NPN-NPN BJT推挽电路结构，给基于GaAs HBT工艺的NPN-NPN推挽电路结构带来新的发展前景，如图1所示，其中Q1、Q2构成推挽输出级。
发明内容
本发明目的是：提供一种电路结构简单、线性度和效率都提高的推挽式功率放大器。
本发明的技术方案是：一种线性度和效率提高的推挽式功率放大器，包括四个晶体管，第一晶体管与第二晶体管组成第一NPN-NPN推挽放大电路，第三晶体管与第四晶体管组成第二NPN-NPN推挽放大电路，所述第一晶体管的基极与所述第四晶体管的基极连接，所述第三晶体管的基极与所述第二晶体管的基极连接。
进一步的，所述晶体管有多个晶体管并联组成。
进一步的，在输入端连接有源分相器。
进一步的，所述有源分相器为差分-达林顿有源分相器。
本发明的优点是：
此发明提供的电路是基于HBT工艺的NPN-NPN推挽结构差分电路结构，该电路兼顾推挽的效率优势与差分结构的线性优势，有效的兼顾了电路的效率与线性度，在输入端可以连接有源分相器进一步改善电路的线性度，该电路结构简单，易于实现。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1是现有的单电源供电的NPN-NPN BJT推挽电路结构的电路图；
图2是本发明一种线性度和效率提高的推挽式功率放大器电路图；
图3是差分-达林顿有源分相器的电路图；
图4是本发明一种线性度和效率提高的推挽式功率放大器输入端连接有源分相器的电路图；
图5是本发明一种线性度和效率提高的推挽式功率放大器的输出电流波形示意图。
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明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：
本发明提出一种基于HBT工艺的NPN-NPN推挽结构的差分电路结构，电路兼顾推挽的效率优势与差分结构的线性优势，有效的兼顾了电路的效率与线性度。
电路原理图如图2所示，包括四个晶体管，第一晶体管Q1与第二晶体管Q2组成第一NPN-NPN推挽放大电路，第三晶体管Q3与第四晶体管Q4组成第二NPN-NPN推挽放大电路，两推挽放大电路组成差分电路结构，其连接方式如下，第一晶体管Q1的基极与第四晶体管Q4的基极连接，第三晶体管Q3的基极与第二晶体管Q2的基极连接。其中第二晶体管Q2和第四晶体管Q4的基极作为差分输入信号的输入端（input+、input-），Iout1 与Iout2 为差分输出信号的输出端。
图1所示的NPN-NPN BJT推挽电路结构，上支路是先利用了三极管的反相输出特性对输入信号进行反相再利用射随输出，而下支路是先对输入信号射随再利用管子的反相特性输出，最后实现了上下支路总体的等效推挽输出。由于寄生效应与上下两支路的不对称性，推挽输出的信号正负半周幅度不一，且相位可能不是完全相差的180°，影响了电路的线性。
因此为了进一步改善电路的线性度，使得推挽级的输入信号是等幅、反相的标准差分信号，改善电路的线性度，可以在输入端连接有源分相器（如图4所示），有源分相器的电路结构如图3所示。该结构为差分-达林顿有源分相器，是常用的有源分相器的电路结构。其中output1 与output2 为差分输出信号。
图5是本发明一种线性度和效率提高的推挽式功率放大器的输出电流波形示意图，单级NPN-NPN推挽结构由于上下两支路的不对称性，输出电流如图5 Iout1所示。而发明提出的差分推挽结构，可以得到Iout1与Iout2两组电流波形，这样，两组电流叠加后（Iout1-Iout2）可以得到如Iout正负半周对称的电流输出。
需要说明的是，上述的晶体管可以是多个晶体管的并联，推挽级中晶体管所含的个数可以根据实际设计需要来设计。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (4)
1.一种线性度和效率提高的推挽式功率放大器，其特征在于，第一晶体管与第二晶体管组成第一NPN-NPN推挽放大电路，第三晶体管与第四晶体管组成第二NPN-NPN推挽放大电路，所述第一晶体管的基极与所述第四晶体管的基极连接，所述第三晶体管的基极与所述第二晶体管的基极连接。
2.根据权利要求1所述的线性度和效率提高的推挽式功率放大器，其特征在于，所述晶体管有多个晶体管并联组成。
3.根据权利要求1所述的线性度和效率提高的推挽式功率放大器，其特征在于，输入端连接有源分相器。
4.根据权利要求3所述的线性度和效率提高的推挽式功率放大器，其特征在于，所述有源分相器为差分-达林顿有源分相器。
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