CN1329452A - 采用反馈电容补偿改善线性的功率放大器 - Google Patents

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梅迪·阿伯道拉海安
琼－麦克·穆兰特
西奥多·L·图斯伯里
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Abstract

一种线性得到改善的以B类方式工作的放大电路。输入信号被分为第一和第二信号。第一和第二放大晶体管连接成以B类放大方式放大相位不同的第一和第二信号。第一和第二晶体管输出的信号合并后产生单个放大了的信号。在每个晶体管的集电极与另一个晶体管的基极之间接有非线性电容器,提供一个抵消电流。选择非线性电容器的电容对电压的函数关系,从而更完全地抵销通过晶体管的集电极－基极结的电流。

Description

采用反馈电容补偿改善线性的功率放大器
本发明涉及便携式电话通信技术。具体地说，本发明提供了一种线性得到改善的以B类方式工作的功率放大器。
无线蜂窝电话产业取决于以电池供电与远程基站通信的小功率发射机，这些发射机必须高效率地产生高质量的调制射频信号传输给远程基站。便携式电话机内的发射机在以CDMA格式工作时可能还需要对调制射频信号进行不使发射信号内的调制分量失真的线性放大。
要以使调制保持不失真的高度线性地放大调制信号有一些明显的困难。此外，放大必须是高效率的，以节省电池能量。提供高效率放大的一种已知电路是B类推挽放大器。B类放大级效率很高，然而线性较差，因为受到放大器所用的晶体管内的基极集电极电容的影响。为了减小集电极-基极电容对线性的影响，现有技术建议用一些电容器将一个晶体管的集电极连接到另一个晶体管的基极。由于放大器内所用的晶体管相互不同相工作，因此用一个反相信号与一个极性的通过集电极-基极电容的信号合成，使合并成的信号减到最小。然而，这样抵消集电极-基极电容的影响并不不令人满意，因为集电极-基极电容是非线性的，随着集电极-基极电压而改变。将一个电容器从一个晶体管的集电极连接到另一个晶体管的基极需要电感或迹线，这使电容器增添了一些寄生效应，从而又限制了它在高频的使用。因此，这样抵消集电极-基极电容电流是不完善的，限制了放大器中所用的晶体管的放大线性的提高。
本发明提供了一种线性得到改善的以B类推挽方式工作的放大器电路。可以是用电话业务信号调制的、需放大的信号由信号分路器接收，该信号分路器形成两个相位不同的第一和第二信号分量。第一和第二双极型晶体管偏置成在相位不同的第一和第二信号分量加到它们的基极上时以B类推挽工作方式进行工作。这两个晶体管的发射极连接在一起，接到一个公共的d.c.线上。这两个晶体管的集电极分别与第一和第二匹配阻抗连接。配置了一个具有第一和第二绕组的变压器，用来合并来自第一和第二匹配阻抗的信号。电容是电压的非线性函数的第一和第二电容器是从一个晶体管的集电极到另一个晶体管的基极的集电极，电容器的电容具有与晶体管的集电极-基极结电容基本上相同的对电压的函数关系。因此，通过非线性电容器形成一个补偿电流，它与通过集电极基极结电容的反馈信号有着180°的相位差，从而较完全地抵消了反馈信号。这可以通过使这些结制作在同一个IC上来实现，这样就取消了导线或长迹线，使频率响应得到改善。
图1为本发明的第一实施例的示意图。
现在来看图1，图中示出了作为本发明的一个实施例的B类功率放大器，用来放大调制的射频信号。图1的电路可以用于蜂窝电话，提供高效率低失真的放大级。两个放大晶体管27和28以B类推挽工作方式进行工作。在它们的集电极所提供的放大了的信号有着相互不同的相位。这种B类配置保证了在放大期间所形成的信号中偶次谐波相互抵消。
晶体管27和28馈以相位不同的输入信号。加在输入端12上的输入信号通过电容器14耦合给变压器16的一侧绕组19。变压器16在绕组19和20上形成两个振幅相等相位不同的信号分量。
这两个相位不同的信号分量分别通过包括电感器24和电容器22的第一匹配网络和包括电感器25和电容器23的第二匹配网络加到晶体管27和28的基极上。
加到晶体管27和28的基极上的相位不同的信号在晶体管27和28的集电极上形成电平放大了的相互还是不同相位的信号。一个第二匹配网络从晶体管27和28的集电极连接到一个第二变压器43上。由晶体管27和28产生的相位不同的信号在变压器43内重新合并，在输出端50上形成一个振幅完整的信号。
以上B类放大器结构形成通过晶体管27和28的集电极-基极结的反馈电流。每个结的电容都是对电压非线性的。因此，随着加在晶体管27和28上的集电极电压的减小，集电极-发射极结27和28的电容量增大。
由于射频信号从晶体管27和28的每一个的集电极耦合到各个晶体管的基极，因此减小了晶体管27和28的信号放大线性。线性的损失对包含在进行放大的信号上的调制有不利影响，在输出的射频信号中形成一些失真分量。
通过晶体管27和28的集电极-基极结电容耦合的电流可以通过将一个相位相反的电流通过同样的电容提供给晶体管27和28各自的基极予以抵消。这种抵消在图1所示的实施例中是通过将晶体管27和28中的一个晶体管的集电极通过一个电容连接到另一个晶体管的基极来实现的。按照这个实施例，晶体管30和29连接成使各自的集电极-基极结分别为放大晶体管27和28的基极提供相位与从晶体管27和28的每一个集电极电容耦合到晶体管27和28的基极的电流不相同的抵消电流。
晶体管29和30通过它们各自的集电极-基极结提供相位与反馈电流相反的抵消电流。一对d.c.隔离电容器32和33分别将晶体管29和30的集电极连接到晶体管27和28的集电极。晶体管29、30的集电极-基极结的电容对电压的函数关系基本上与晶体管27和28的集电极-基极电容电压的函数关系相同。晶体管29和30选择成具有基本上与晶体管27和28相同的面积，因此具有基本上与晶体管27和28相同的电容对电压特性。由于晶体管27-30的这些结利用相同的工艺制作在同一个IC上，因此就不需要长的接线，而晶体管29和30的集电极-基极结提供的电容的非线性与晶体管27和28的集电极-基极电容相应地匹配，从而改善了对晶体管27和28的集电极-基极电容的抵消。因此，与采用固定电容器的情况相比，这样就更好地抵消了晶体管27和28的集电极-基极结的反馈电流的影响。
图1电路的工作电压通过一对有旁路电容器47和44的扼流电感线圈45和46提供。扼流电感线圈46和45以及旁路电容器44和47有助于将提供电源电压Vcc与输出射频信号隔离。晶体管27和28的发射极一起接到电压源的公共端上。
偏压从偏压源Vdd加到放大晶体管27和28上。包括扼流电感线圈13和15以及电容器18和19的偏置网络通过变压器绕组19和20以及匹配电感线圈24和25将偏压加到晶体管27和28的基极。偏置网络的电感和电容使输入射频信号与偏压电源Vdd隔离。
以上对本发明进行了说明，所揭示和说明的只是本发明的一些优选实施例。但是，如前面提到的那样，可以理解，本发明能用于各种其他的组合、修改和环境，而且能在这里说明的创造性原理的范围内按以上精神和/或有关技术的技能或知识进行各种变动或修改。以上说明的实施例说明了实际应用本发明的最佳方式，使熟悉本技术领域的人员在这样的或其他的实施例中可以应用本发明，按具体应用的需要进行各种修改。因此，以上说明并不是想将本发明限制在这里所揭示的形式。本发明的专利保护范围应包括由所附权利要求书明确的所有实施方式。

Claims (10)

1.一种线性得到改善的放大器，所述放大器包括：
一个根据一个输入信号提供相位不同的第一和第二信号分量的信号分路器；
基极连接成分别接收所述相位不同的第一和第二信号分量的第一和第二双极型晶体管，所述晶体管的发射极连接在一起，并连接到一个公共的d.c.连接线上，而所述晶体管的集电极分别与第一和第二匹配阻抗连接，从而所述第一和第二双极型晶体管工作在推挽方式，分别交替地放大所述相位不同的第一和第二信号分量；
一个具有第一和第二绕组的变压器，用来合成来自所述第一和第二负载阻抗的放大了的信号并将一个电压加在每个所述晶体管的集电极与所述公共连接线之间；
在所述第一和第二晶体管的基极上建立一个偏压的偏置装置；以及
分别连接在一个晶体管的集电极与另一个晶体管的基极之间的第一和第二电容器，所述电容器的电容对电压的非线性响应基本上与所连接的晶体管的集电极基极结的电容对电压的响应相同。
2.根据权利要求1的放大器，其中所述电容器都是晶体管，其集电极-基极连线连接在所述晶体管的一个晶体管的集电极与另一个晶体管的基极之间，而发射极连接到所述公共连接线上。
3.根据权利要求1的放大器，所述放大器还包括第一和第二阻抗匹配电路，用来使所述晶体管的基极连线的输入阻抗与所述信号分路器匹配。
4.根据权利要求1的放大器，其中所述偏置装置包括将一个偏压源加到所述晶体管的基极连线上的第一和第二射频扼流圈。
5.根据权利要求1的放大器，其中所述功率分路器是一个变压器，具有第一和第二绕组，用来根据一个射频信号分量源提供相位不同的信号分量。
6.根据权利要求2的放大器，其中所述集电极-基极结的集电极与所述晶体管的集电极电容性连接。
7.一种线性得到改善的在B类方式工作的放大器，所述放大器包括：
根据一个输入信号提供相位不同的第一和第二信号的信号分路装置；
第一和第二双极型晶体管，其集电极-发射极结串联连接以交替地放大所述相位不同的第一和第二信号；
合成由所述第一和第二晶体管产生的信号的信号合并装置；以及
连接在所述双极型晶体管的每个晶体管的集电极与另一个晶体管的基极之间的非线性电容器装置，用来提供基本上与每一个所述晶体管的集电极-基极电容相同的电容对电压的函数关系，从而补偿所述集电极-基极结的非线性效应。
8.根据权利要求7的放大器，其中所述非线性电容器装置是集电极-基极阻抗基本上与所述晶体管的集电极-基极阻抗相同的晶体管。
9.根据权利要求8的放大器，其中所述电容器装置的晶体管具有与所述双极型晶体管相同的面积。
10.根据权利要求7的放大器，其中所述信号合并装置是一个变压器。
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