CN107222177B - 一种放大器漏极电源电压切换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明设计的一种放大器漏极电源电压切换电路，主要是针对雷达固态发射机中所需的输出信号高、低功率切换功能。此电源切换电路采用多个分立元件实现，简单易行，灵活小巧，电气性能好，且适用性强。通过调整不同型号的二极管、三极管和MOSFET管可实现不同电压范围的切换功能；通过增加开关通道和译码器的方式可以实现更多路通道电压快速切换的功能，具有良好的通用性和可扩展性。

Description

一种放大器漏极电源电压切换电路
技术领域
本发明属电路技术领域，具体是利用二极管、三极管、场效应管和非门等分立元件，实现功率放大器的漏极电压切换功能，进而实现输出功率的幅度切换功能。
背景技术
随着固态电路技术不断发展，雷达系统对功率放大电路提出了更为复杂的要求。尤其是大功率放大器需要在高、低输出功率分档切换的功能。雷达发射机或收发组件中使用的功率放大电路中，放大器均工作在饱和状态，从而保证其能够在大带宽的情况下具有良好的带内功率平坦度以及环境适应性。但是在饱和态工作的放大器，如果通过切换其输入功率大小的方式来实现放大器输出功率幅度的切换，会出现放大器从饱和态进入线性态的状况，放大器的工作状态会发生较大变化，因此其带内功率平坦度和环境适应性都会下降。但是如果通过调整放大器漏极的馈电电压，部分降低其工作电压，则可降低其功率增益和饱和输出功率。由于少量电源电压的降低，放大器的工作特性不会有较大范围的变换，因此其仍能保证较好的功率平坦度与环境适应性，而且其电源电压调整范围也明显小于输入功率的变化范围，其效果优于输入功率切换的方法。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种放大器漏极电源电压切换电路。
技术方案
一种放大器漏极电源电压切换电路，其特征在于包括非门D1、NPN三极管V1、NPN三级管V2、MOSFET开关管V3、MOSFET开关管V4、二极管V5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6；控制信号分为上下两个支路，上支路与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与NPN三极管V1的B极连接，NPN三极管V1的E极接地，C极与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与MOSFET开关管V3的栅极连接，MOSFET开关管V3的栅极和源极之间通过电阻R3连接在一起，源极连接到电源VCC1，MOSFET开关管V3的漏极为电压输出端VO；控制信号的下支路，先经过非门D1，再连接到电阻R2的一端，电阻R2的另一端与NPN三级管V2的B极相连，NPN三级管V2的E极接地，C极经过电路R6与MOSFET开关管V4的栅极连接，MOSFET开关管V4的栅极和源极之间通过电阻R4连接在一起，源极连接到电源VCC2，MOSFET开关管V4的漏极电压经过二极管V5到达电压输出端VO，VO经过漏极匹配支节接入到射频放大器的漏极；所述的电源VCC1大于电源VCC2。
所述的非门D1的型号为SN74LVC1GU04DB。
所述的NPN三极管V1和NPN三级管V2的型号为PMBT2222。
所述的MOSFET开关管V3和MOSFET开关管V4的型号为CSD25302Q2。
所述的二极管V5的型号为ES2B。
所述的电阻R1和电阻R2的阻值为100欧姆。
所述的电阻R3和电阻R4的阻值为510欧姆。
所述的电阻R5和电阻R6的阻值为5.1欧姆。
有益效果
本发明提出的一种放大器漏极电源电压切换电路，有益效果如下：
[1]本设计针对放大器的工作特性，设计了P沟道MOSFET开关管作为电压开关，只要选择合适的二极管，就可以保证开关电路高速切换，且具有大的电流驱动能力。
[2]本设计具有良好的通用性，根据不同的放大器工作电压，可以选用不同型号的NPN三极管和MOSFET管，则可适应不同工作电压要求。
[3]本设计具有较好的可扩展性，通过将非门更换为译码器，同时增加带有二极管的开关电路，则可实现更多路的开关控制，从而实现更多种工作电压的切换功能。
附图说明
图1放大器电源电压切换电路原理图
图2放大器电源电压切换电路印制板图
图3放大器电源电压切换电路的测试结果图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明主要是针对雷达固态发射机中所需的输出信号高、低功率切换功能，设计出的一种放大器漏极电源电压切换电路。此电源切换电路采用多个分立元件实现，简单易行，灵活小巧，电气性能好，且适用性强。通过调整不同型号的二极管、三极管和MOSFET管可实现不同电压范围的切换功能；通过增加开关通道和译码器的方式可以实现更多路通道电压快速切换的功能，具有良好的通用性和可扩展性。
本电路利用P沟道MOSFET良好的大电流开关特性，设计出2路不同电压的电路开关，利用二极管的单向导通特性，将两个开关的输出端集合在一起，实现保证电源电压输出不会在开关之间串扰。输入控制端通过非门实现逻辑两路电源电压的反相控制功能，已保证同一时刻只能有一种电压输出的功能。
电路的连接关系如下：控制信号进入本电路后，分为上下两个支路，上支路连接到电阻R1，然后接入到三极管V1的B极，三极管V1的E极接地，C极经过电路R5与场效应管V3的栅极连接，V3的栅极和源极之间通过电阻R3连接在一起，源极连接到电源VCC1，V3的漏极为电压输出端VO；控制信号进入下支路后，先经过非门，再连接到电阻R2，然后接入到三极管V2的B极，三极管V2的E极接地，C极经过电路R6与场效应管V4的栅极连接，V4的栅极和源极之间通过电阻R4连接在一起，源极连接到电源VCC2，V3的漏极电压经过二极管V5到达输出端VO；VO经过漏极匹配支节接入到射频放大器的漏极。
电路工作原理如下：如图1所示，控制信号(TTL形式)进入本电路中后，分为两路信号，一路经过电阻R1后进入NPN三极管V1，当控制信号为高电平，大于三极管V1的VBE的导通电压，B极与E极导通，从而促使C极与E极导通，C极电压被拉低到0.3V～0.7V左右。电源VCC1经过电阻R3与R5分压，其中R5＜＜R3，因此MOSFET开关管V3的栅极电压被拉低，R3上的电压差大于V3的导通电压Vgs，所以S极与G极导通，进而使得S极与D极导通，VCC1通过开关管V3输出给射频功率放大器的漏极。其中VCC1大于VCC2，因此二极管V5可保证V3输出的电流不会反向灌入下路电路。此时的下路电路由于输入信号为高电平因此经过非门D1后输出为低电平，因此电阻R2两端也为低电平，三级管V2的B极被拉低，V2的VBE差值小于导通电压，B极与E极不导通，因此C极与E极也阻断。因此三极管V2的C极与MOSFET开关管V4的S极和G极同为高电压VCC2，S极与G极无压差，因而无法使S极与G极导通，也就无法推动S极与D极导通输出，如前文二极管V5也同时起到截断作用。当控制信号为低电平时，电路工作方式相同，原理相同，VCC2在开关管V4导通状态下输出给射频功率放大器的漏极，此时VCC1因开关管V3关断，VCC2小于VCC1，因而也不会反串入上路电路。
如果将非门换为译码器，则可实现更多路的控制功能，只要将图1中下框图电路同样增加即可实现更多路控制的功能，也可实现更多电压的切换。
图1给出了设计电路的原理图，TTL控制信号进入电路通过D1为非门电路实现两路反相信号输入两路开关电路，实现对开关电路的相反逻辑控制。开关电路中NPN三极管V1和V2，用来实现对控制电压向电压VCC1和VCC2过渡的功能，同时实现对开关MOSFET管的高速驱动功能。开关电路中，下路的二极管V5起到电流输出和对高电压反向隔离的作用。表1给出了实验电路所用的器件，其实验结果在图3中显示(+15V和+8V切换)。改变MOSFET管和NPN三极管的型号可以使用于更高或更低的电压范围。
表1电路中所用器件
Figure GDA0002427034040000051
注：A1为功率放大器，C1、C2为射频隔直电容。
图2给出了印制板图，各器件编号与原理图中一一对应，其中图中的VC为+5V，是单独为非门芯片的供电的电源端。
图3为示波器测试结果图，控制信号采用脉冲信号，因此输出端电压为+15V和+8V迅速切换的脉冲形式。

Claims (8)

1.一种放大器漏极电源电压切换电路，其特征在于包括非门D1、NPN三极管V1、NPN三级管V2、MOSFET开关管V3、MOSFET开关管V4、二极管V5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6；控制信号分为上下两个支路，上支路与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与NPN三极管V1的B极连接，NPN三极管V1的E极接地，C极与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与MOSFET开关管V3的栅极连接，MOSFET开关管V3的栅极和源极之间通过电阻R3连接在一起，源极连接到电源VCC1，MOSFET开关管V3的漏极为电压输出端VO；控制信号的下支路，先经过非门D1，再连接到电阻R2的一端，电阻R2的另一端与NPN三级管V2的B极相连，NPN三级管V2的E极接地，C极经过电路R6与MOSFET开关管V4的栅极连接，MOSFET开关管V4的栅极和源极之间通过电阻R4连接在一起，源极连接到电源VCC2，MOSFET开关管V4的漏极电压经过二极管V5到达电压输出端VO，VO经过漏极匹配支节接入到射频放大器的漏极；所述的电源VCC1大于电源VCC2。
2.根据权利要求1所述的一种放大器漏极电源电压切换电路，其特征在于所述的非门D1的型号为SN74LVC1GU04DB。
3.根据权利要求1所述的一种放大器漏极电源电压切换电路，其特征在于所述的NPN三极管V1和NPN三级管V2的型号为PMBT2222。
4.根据权利要求1所述的一种放大器漏极电源电压切换电路，其特征在于所述的MOSFET开关管V3和MOSFET开关管V4的型号为CSD25302Q2。
5.根据权利要求1所述的一种放大器漏极电源电压切换电路，其特征在于所述的二极管V5的型号为ES2B。
6.根据权利要求1所述的一种放大器漏极电源电压切换电路，其特征在于所述的电阻R1和电阻R2的阻值为100欧姆。
7.根据权利要求1所述的一种放大器漏极电源电压切换电路，其特征在于所述的电阻R3和电阻R4的阻值为510欧姆。
8.根据权利要求1所述的一种放大器漏极电源电压切换电路，其特征在于所述的电阻R5和电阻R6的阻值为5.1欧姆。
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