CN217282883U - 用于温度补偿的偏置电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于温度补偿的偏置电路，其包括线性补偿模块与温度补偿模块，温度补偿模块包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电阻及第二电阻，第一电阻一端与基准电源连接，其另一端与第一晶体管的集电极、第二晶体管的基极、第三晶体管的集电极及线性补偿模块共同连接，第一晶体管的发射极接地，其基极与第二晶体管的发射极、第三晶体管的基极共同连接，第三晶体管的发射极接地，第二晶体管的集电极与线性补偿模块连接，第二电阻一端与第二晶体管的发射极连接，其另一端接地。本实用新型的用于温度补偿的偏置电路具有高温漂抑制能力，且能够减弱镇流电阻对温度补偿效果的影响，能更好地实现对功率晶体管温度的补偿。

Description

用于温度补偿的偏置电路

技术领域

本实用新型涉及射频微波领域，更具体地涉及一种用于温度补偿的偏置电路。

背景技术

通常射频放大器电路在工作的过程中，环境温度升高或者功放自热效应均会导致晶体管器件温度升高，进而对晶体管的开启电压、电流增益等产生影响，因此通常在射频放大器电路中设置有偏置电路，用以进行温度补偿，减少温度变化对功率晶体管的影响。

现有技术的用于温度补偿的偏置电路如图1所示，用于温度补偿的偏置电路主要是由晶体管Q1、Q2、Q3，电阻R1、R2、R3及电容C1组成。晶体管Q0为功率晶体管，对功率晶体管温度变化进行补偿的电路部分主要是由晶体管Q2、Q3以及电阻R1、R3构成。该部分电路的工作原理为：当功率晶体管温度升高时，其的静态电流会跟随增大；同时偏置电路中的晶体管Q1、Q2、Q3导通电压的降低促使流过晶体管Q1、Q2的电流增加，因此电阻R1和R3上的压降也因电流的增加而上升，这就促使晶体管Q1和功率晶体管Q0基极电位降低，偏置电路输出电流Ie1降低和功率晶体管Q0偏置电压降低进一步抑制了功率晶体管Q0输出电流的增加。

在上述现有技术的用于温度补偿的偏置电路中，依靠晶体管Q2、Q3及电阻R1、R3在一定程度上能起到温度补偿作用，但是必须使偏置电路中晶体管Q2、Q3与功率晶体管Q0的参数完全一致，且温度环境一致，各项参数需要能够完全匹配，这为电路设计工作带了很大的困难。此外温度反馈环路之内的镇流电阻R1也用于调节功率放大器线性度，借助ADS仿真数据由图2可得，随着电阻R1阻值的增加，偏置电路温度补偿效果越明显。然而电阻R1阻值持续增加会带来另外一个问题，R1过大会导致功率放大器增益压缩，造成偏置电路线性化补偿效果恶化。因此，上述偏置电路在一定程度上能够补偿温度变化对电路静态工作点的影响，但是温度补偿电路在实现条件上要求苛刻，使得现有偏置电路不能有效提供稳定的偏置电压或者电流，从而难以实现功率晶体管在工作时保持良好的热稳定性。

因此，有必要提供一种改进的用于温度补偿的偏置电路来克服上述缺陷，以实现功率晶体管在工作时保持良好的热稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于温度补偿的偏置电路，本实用新型的用于温度补偿的偏置电路具有高温漂抑制能力，补偿温度变化对功率晶体管特征参数的影响，且能够减弱镇流电阻对温度补偿效果的影响，能更好地实现对功率晶体管温度的补偿，且能更好地调节功率晶体管的线性度。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于温度补偿的偏置电路，用于温度补偿的偏置电路与射频放大电路的功率晶体管连接，用以对功率晶体管进行温度补偿；用于温度补偿的偏置电路包括线性补偿模块与温度补偿模块，线性补偿模块与功率晶体管及外部电源连接，用以调节功率晶体管的线性度，温度补偿模块与基准电源连接，用以对功率晶体管进行静态电流调节；其中，温度补偿模块包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电阻及第二电阻，第一电阻一端与基准电源连接，其另一端与第一晶体管的集电极、第二晶体管的基极、第三晶体管的集电极及线性补偿模块共同连接，第一晶体管的发射极接地，其基极与第二晶体管的发射极、第三晶体管的基极共同连接，第三晶体管的发射极接地，第二晶体管的集电极与线性补偿模块连接，第二电阻一端与第二晶体管的发射极连接，其另一端接地。

较佳地，温度补偿模块还包括第一电容，第一电容一端与第三晶体管的基极连接，其另一端接地。

较佳地，线性补偿模块包括第四晶体管、第三电阻及第二电容，第四晶体管的集电极与第二晶体管的集电极连接，其基极与第二晶体管的基极、第二电容的一端共同连接，第二电容的另一端接地，第四晶体管的发射极与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端与功率晶体管的基极连接。

较佳地，用于温度补偿的偏置电路还包括第四电阻，第四电阻一端与第二晶体管、第四晶体管的集电极连接，其另一端与外部电源连接。

与现有技术相比，本实用新型的用于温度补偿的偏置电路通过形成的负反馈网络，对功率晶体管的基准电压起温度补偿作用，抑制环境温度升高及功放自热效应导致的功率管偏置点漂移，解决了现有技术方案对偏置电路晶体管和功率管晶体的工作状态要求高，且镇流电阻对温度补偿和线性补偿影响较大，镇流电阻的取值难以平衡该电路的温度补偿和线性补偿的问题

通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。

附图说明

图1为现有技术的用于温度补偿的偏置电路与功率晶体管连接的示意图。

图2为现有技术的用于温度补偿的偏置电路在不同条件下的仿真图。

图3为本实用新型的用于温度补偿的偏置电路与功率晶体管连接的示意图。

图4为本实用新型方案与现有技术方案的仿真对比图。

具体实施方式

现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上，本实用新型提供了一种用于温度补偿的偏置电路，本实用新型的用于温度补偿的偏置电路具有高温漂抑制能力，补偿温度变化对功率晶体管特征参数的影响，且能够减弱镇流电阻对温度补偿效果的影响，能更好地实现对功率晶体管温度的补偿，且能更好地调节功率晶体管的线性度。

请参考图3，图3为本实用新型的用于温度补偿的偏置电路与功率晶体管连接的示意图。如图3所示，本实用新型的用于温度补偿的偏置电路与射频放大电路的功率晶体管连接，用以对功率晶体管Q0进行温度补偿；其中，射频放大电路还包括输入隔直电容Cblock与扼流电感Lchock，与功率晶体管Q0一起实现对输入信号的放大。用于温度补偿的偏置电路包括线性补偿模块与温度补偿模块，线性补偿模块与功率晶体管Q0及外部电源Vccb连接，用以调节功率晶体管的线性度；温度补偿模块与基准电源连接，用以对功率晶体管Q0进行静态电流调节。其中，温度补偿模块包括：第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第一电阻R1及第二电阻R2，第一电阻R1一端与基准电源Vref连接，其另一端与第一晶体管Q1的集电极、第二晶体管Q2的基极、第三晶体管Q3的集电极及线性补偿模块共同连接，从而基准电源Vref通过第一电阻为第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3提供基准电压；第一晶体管Q1的发射极接地，其基极与第二晶体管Q2的发射极、第三晶体管Q3的基极共同连接，第三晶体管Q3的发射极接地，第二晶体管Q2的集电极与线性补偿模块连接，第二电阻R2一端与第二晶体管Q2的发射极连接，其另一端接地。

作为本实用新型的优选实施方式，温度补偿模块还包括第一电容C1，第一电容C1一端与第三晶体管Q3的基极连接，其另一端接地；所述第一电容C1用以滤除放大电路泄露到偏置电路中的射频信号，以防止射频信号影响所述温度补偿模块对功率晶体管Q0的温度补偿效果。

进一步地，线性补偿模块包括第四晶体管Q4、第三电阻R3及第二电容C2，第四晶体管Q4的集电极与第二晶体管Q2的集电极连接，其基极与第二晶体管Q2的基极、第二电容C2的一端共同连接，第二电容C2的另一端接地，第四晶体管Q4的发射极与第三电阻R3的一端连接，第三电R3阻的另一端与功率晶体管Q0的基极连接。另外，本实用新型的用于温度补偿的偏置电路还包括第四电阻R4，第四电阻R4一端与第二晶体管Q2、第四晶体管Q4的集电极连接，其另一端与外部电源Vccb连接，从而外部电源Vccb通过第四电阻R4为第二晶体管Q2、第四晶体管Q4提供基准电压。在所述线性补偿模块中，当整个电路的输入功率增大时，由于基-射结二极管的整流特性，功率晶体管Q0的集电极电流增加，其基-射结两端电压Vbe0降低，同时射频放大电路的部分射频信号通过第三电阻R3、第四晶体管Q4和第二电容C2泄露到偏置电路中，经第四晶体管Q4基-射结二极管整流后的直流电流增加，基-射结两端直流电压Vbe4降低。由于第二电容C2的存在，使得流入偏置电路中的射频信号短路到地，使得第四晶体管Q4具有固定的基极电压；而第四晶体管Q4基-射结两端电压Vbe4的降低，补偿了功率晶体管Q0基-射结两端电压，从而抑制了功率晶体管Q0增益压缩和相位失真。

请再结合参考图3与图4，描述本实用新型用于温度补偿的偏置电路的工作过程，众所周知地，当工作环境温度升高或者由于功放自然效应导致器件温度升高时，功率管晶体管Q0的导通电压Vbe0降低，功率管晶体管Q0的静态电流增大。但是在温度升高导致功率管晶体管Q0的导通电压Vbe0降低时，偏置电路中第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第一晶体管Q1的导通电压同样降低，流过第二晶体管Q2的电流Ic2增加。第三晶体管Q3与第一晶体管Q1基极端的接地电阻第二电阻R2促使Ic2中电流更多流向第三晶体管Q3与第一晶体管Q1的基极，第三晶体管Q3与第一晶体管Q1的基极电流Ib3、Ib1进一步的增大。电流Ib3、Ib1对应经过第三晶体管Q3与第一晶体管Q1放大以后形成Ic1＝β(Ib3+Ib1)电流流过第一电阻R1(β为一固定常数，与对应晶体管的加工的材料与工艺相关，与电路中其他器件或参数无关)，如此以来第一电阻R1上的压降也由于流过的电流增大而上升。由于第四晶体管Q4的基极电位Vb4＝Vref-β(Ib3+Ib1)*R1(其中，Ic3＝β*Ib1,Ic4＝β*Ib3)，这就促使第四晶体管Q4的基极电位降低，第四晶体管Q4基极电压降低，功率晶体管Q0的静态电流相应的降低，从而形成一个对功率晶体管Q0起温度补偿作用的负反馈网络，详细的反馈过程如下：

当工作环境温度升高或者由于功放自然效应导致器件温度升高时，

在射频放大电路中，功率管晶体管Q0的导通电压Vbe0降低，其静态电流Ib0增大；

在偏置电路中，第二晶体管的导通电压Vbe2降低，电流Ic2增大，电流Ic1增大，第一电阻R1上的压降V1增大，第四晶体管Q4的基极电压Vb4降低，从而电流Ib0降低。

如上，在本实用新型中，通过上述负反馈网络，对功率晶体管的基准电压起温度补偿作用，抑制环境温度升高及功放自热效应导致的功率管偏置点漂移，解决了现有技术方案对偏置电路晶体管和功率管晶体的工作状态要求高，且镇流电阻对温度补偿和线性补偿影响较大，镇流电阻的取值难以平衡该电路的温度补偿和线性补偿的问题。

另外，在本实用新型中，借助ADS仿真软件，对比现有技术方案与本实用新型方案温度补偿效果如图4所示，在温度变化-40～120℃范围以内，现有技术方案功率管晶体管集电极电流在78～113mA范围内波动，电流最大变化量为35mA。而本实用新型方案功率晶体管集电极电流在96～99mA范围内波动，电流最大变化量为3mA。显而易见地，与现有技术方案相比，本实用新型的温补变化不敏感，偏置电路极大的减小了功率晶体管管在温度变化时静态工作点的漂移，使射频放大电路的热稳定性明显增强。

以上结合最佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改、等效组合。

Claims (4)

1.一种用于温度补偿的偏置电路，用于温度补偿的偏置电路与射频放大电路的功率晶体管连接，用以对功率晶体管进行温度补偿；用于温度补偿的偏置电路包括线性补偿模块与温度补偿模块，线性补偿模块与功率晶体管及外部电源连接，用以调节功率晶体管的线性度，温度补偿模块与基准电源连接，用以对功率晶体管进行静态电流调节；其特征在于，温度补偿模块包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电阻及第二电阻，第一电阻一端与基准电源连接，其另一端与第一晶体管的集电极、第二晶体管的基极、第三晶体管的集电极及线性补偿模块共同连接，第一晶体管的发射极接地，其基极与第二晶体管的发射极、第三晶体管的基极共同连接，第三晶体管的发射极接地，第二晶体管的集电极与线性补偿模块连接，第二电阻一端与第二晶体管的发射极连接，其另一端接地。

2.如权利要求1的用于温度补偿的偏置电路，其特征在于，温度补偿模块还包括第一电容，第一电容一端与第三晶体管的基极连接，其另一端接地。

3.如权利要求1的用于温度补偿的偏置电路，其特征在于，线性补偿模块包括第四晶体管、第三电阻及第二电容，第四晶体管的集电极与第二晶体管的集电极连接，其基极与第二晶体管的基极、第二电容的一端共同连接，第二电容的另一端接地，第四晶体管的发射极与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端与功率晶体管的基极连接。

4.如权利要求1的用于温度补偿的偏置电路，其特征在于，还包括第四电阻，第四电阻一端与第二晶体管、第四晶体管的集电极连接，其另一端与外部电源连接。

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