專利名稱：使用電流鏡電路進(jìn)行偏壓補(bǔ)償?shù)姆糯笃鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體管放大器電路，更具體地，涉及一種帶有當(dāng)輸入功率增加時用來獲得更高輸出功率和線性度的偏壓補(bǔ)償電路的放大器電路。
背景技術(shù)：
一種線性RF功率放大器通常被偏置在AB類操作中，來獲得更高的功率增加效率。線性度和功率增加效率在功率放大器中是兩個相互矛盾的要求。所述功率放大器的給定規(guī)范需要一種在線性度和功率增加效率之間的折衷。這通常是通過獲得給定線性度要求下的最高的功率增加效率來完成的。這就要求對于所述功率放大器的靜態(tài)電流的良好的控制。提供對于放大器晶體管靜態(tài)電流的良好控制的現(xiàn)有技術(shù)使用一種簡單的不包含旁路電容的帶有電流增益的電流鏡電路(美國專利No.5,548,248)。
但是，在常規(guī)偏置得AB類放大器中，當(dāng)RF輸入功率增加時平均偏壓供電電流增加。這種增加的平均電流導(dǎo)致偏壓電路的電阻部分的壓降增加。這又減少了功率放大晶體管的正向偏置PN結(jié)兩端的平均壓降，并推動放大器進(jìn)入B類甚至是C類操作。因此，當(dāng)輸入功率進(jìn)一步增加時，輸出功率將達(dá)到飽和。為了克服這種問題，一種升壓電路通常被用于增加功率晶體管的偏壓，例如一種偏置升壓電路、一種自偏壓升壓電路或者一種可調(diào)自偏壓升壓電路。但是這些升壓電路通常不夠簡單和緊湊。
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種帶有新穎的偏壓方式的功率放大電路，這種功率放大電路是簡單的，但當(dāng)輸入功率增加時能夠提供更高的功率輸出，和對于功率晶體管靜態(tài)電流的良好的控制。
發(fā)明概述為了達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明的所述放大器電路包含一個放大晶體管和一個直流偏壓電路。該直流偏壓電路包含一個在帶有放大晶體管的電流鏡內(nèi)的第一晶體管，和一個用來為放大晶體管和所述第一晶體管提供基極電流的第二晶體管。一個直流偏壓電源通過串聯(lián)的電阻和電感與第二晶體管的基極相耦合。另外，一個旁路電容連接在電阻與電感的公共節(jié)點(diǎn)以及接地點(diǎn)之間。有了該電容，第二晶體管的發(fā)射極在高頻率時的有效阻抗就會小于沒有所述電容時的有效阻抗。這有效地使放大晶體管的基-射結(jié)兩端的壓降大于在信號頻率下沒有該電容時的壓降，并因此補(bǔ)償了壓降。此外，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整放大晶體管和第一晶體管之間的發(fā)射極面積比，和/或偏壓電阻和耦合到鏡像第一晶體管的相應(yīng)電阻之間的比例，可以使放大晶體管內(nèi)的靜態(tài)電流與第一晶體管內(nèi)的靜態(tài)電流成正比。
旁路電容最好是片外電容，以便具有適應(yīng)性和可調(diào)整。
附圖簡述本發(fā)明的上述和其它特征以及其優(yōu)勢將通過參考附圖對優(yōu)選的實施例的詳細(xì)說明而更加清楚

圖1示出依照本發(fā)明的功率放大器電路的優(yōu)選實施例的簡化框圖。
具體實施例方式
參考圖1，示出本發(fā)明的功率放大器電路的優(yōu)選實施例。該發(fā)明的功率放大器電路通常包含一個放大晶體管Q1和一個直流偏壓電路。特別的，該直流偏壓電路包含一個作為放大晶體管Q1的電流鏡的晶體管Q2，二者的發(fā)射極都與公共端子(在此實施例中為公共接地端但可能與不同的接地端子相連)相耦合，和一個用來為晶體管Q1和Q2提供基極電流的晶體管Q3。
放大晶體管Q1的集電極節(jié)點(diǎn)是通過上拉電感L1與電源電壓Vcc相耦合的輸出節(jié)點(diǎn)，并且還與交流耦合電容器C2相連。所述電感L1和所述電容C2可以是晶體管Q1的輸出匹配的一部分。RF的輸入RF_I通過可能是晶體管Q1的輸入匹配的一部分的交流耦合電容C1作用于放大晶體管Q1的基極。所述電路提供了輸出信號RF_O。
如圖1所明示，所述晶體管Q3的發(fā)射極通過位于偏壓電阻R1和電阻R2之間的第一公共節(jié)點(diǎn)10與晶體管Q1和Q2的基極相耦合，同時所述晶體管Q3的基極在第二公共節(jié)點(diǎn)20處與第一晶體管Q2的集電極直接相耦合。所述偏壓電阻R1耦合在第一公共節(jié)點(diǎn)10和放大晶體管Q1的基極之間，同時電阻R2耦合在第一公共節(jié)點(diǎn)10和反射晶體管Q2之間。
偏置電壓源Vcc與所述晶體管Q3的集電極直接耦合，并且還通過串聯(lián)電阻R3和電感L2在第三公共節(jié)點(diǎn)上與第二公共節(jié)點(diǎn)20相連。旁路電容C3連接在電阻R3和電感L2的公共節(jié)點(diǎn)以及接地點(diǎn)之間。特別的，電容C3在高頻段實際上與電阻R3并聯(lián)，從而對于高頻電流來說，“旁路”了電阻R3。
在本領(lǐng)域眾所周知，作為放大晶體管Q1和晶體管Q2之間的電流鏡像的固有功能，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整晶體管Q1和Q2之間的發(fā)射極面積比例以及偏壓電阻R1和電阻R2之間阻抗的比例，放大晶體管Q1內(nèi)的靜態(tài)電流可與晶體管Q2內(nèi)的靜態(tài)電流成正比。例如，將晶體管Q1與晶體管Q2的發(fā)射極面積比調(diào)整為8比1。于是放大晶體管Q1內(nèi)的靜態(tài)電流就得到了好的控制。
通過耦合所述電容C3和電阻R3，晶體管Q3的發(fā)射極和直流偏壓電源Vcc(對于交流信號是接地端子)之間的阻抗隨著交流輸入信號頻率的增加而減少。這就導(dǎo)致了晶體管Q1的部分偏置阻抗部分兩端的壓降減少，從而補(bǔ)償了放大晶體管Q1的基-射結(jié)兩端由于隨著輸入信號電平的增加而使偏壓電阻R1兩端的壓降增加而產(chǎn)生的壓降。因此所述放大器能夠輸送更多輸出功率并且其線性操作范圍也增加了。
旁路電容C3最好是片外元件，由此依賴于所述電容C3值的所述補(bǔ)償可以通過使用不同的C3值來調(diào)整。
如果C3使用片內(nèi)旁路電容，最好去掉所述電感L2。所述電容C3就連接在第二晶體管Q3的基極和由于等電位連接線而產(chǎn)生接地電感的接地點(diǎn)之間。但是，一個大的片內(nèi)電容可能占用大的芯片位置，并且可能不如來自于片外電容的補(bǔ)償有效。
雖然本發(fā)明參考優(yōu)選的實施例進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但應(yīng)該理解對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可在不背離本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行不同的變化和修改。例如，所述旁路電容C3可用可調(diào)電容代替固定元件。所述直流偏壓電源Vcc可用偏置電流源代替。因此，本發(fā)明的范圍僅在所附權(quán)利要求中定義。
權(quán)利要求
1.一種放大器電路，包含一個放大晶體管；一個直流偏置電路，包含一個和所述放大晶體管一起組成電流鏡的第一晶體管，它們的基極在第一公共節(jié)點(diǎn)相耦合，并且它們的發(fā)射極耦合到公共端子；一個第二晶體管，其發(fā)射極與所述第一公共節(jié)點(diǎn)耦合，其基極與所述第一晶體管的集電極在第二公共節(jié)點(diǎn)耦合；一個偏置電源，與所述第二公共節(jié)點(diǎn)通過串聯(lián)的電阻和電感在第三公共節(jié)點(diǎn)耦合，并且還與所述第二晶體管的集電極直接耦合；其中所述直流偏置電路進(jìn)一步包含一個耦合在所述第三公共節(jié)點(diǎn)和一個接地點(diǎn)之間的旁路電容。
2.如權(quán)利要求1所述的功率放大器電路，其中所述電容是片外電容。
3.如權(quán)利要求1所述的功率放大器電路，其中所述電容是可調(diào)電容。
4.如權(quán)利要求1所述的功率放大器電路，其中所述直流偏置電路進(jìn)一步包含一個耦合在所述放大晶體管的所述基極和所述第一公共節(jié)點(diǎn)之間的偏置電阻，以及另一個耦合在所述第一晶體管的所述基極和所述第一公共節(jié)點(diǎn)之間的電阻。
5.如權(quán)利要求4所述的功率放大器電路，其中所述放大晶體管與所述第一晶體管之間的發(fā)射極面積比和所述偏置電阻與所述另一電阻之間的電阻值比被配置為使所述放大晶體管內(nèi)的靜態(tài)電流與所述第一晶體管內(nèi)的靜態(tài)電流成正比。
6.如權(quán)利要求5所述的功率放大器電路，其中所述放大晶體管與所述第一晶體管之間的所述發(fā)射極面積比是8比1。
7.如權(quán)利要求1所述的功率放大器電路，其中所述公共端子是公共接地點(diǎn)。
8.一種功率放大器電路，包含一個放大晶體管；一個帶有第一晶體管的直流偏置電路，所述第一晶體管和所述放大晶體管組成了電流鏡，同時第二晶體管為所述放大晶體管和所述第一晶體管提供基極電流，一個與所述第二晶體管的集電極直接耦合的直流偏置電源，該電源還與所述第二晶體管的基極通過串聯(lián)的電阻和電感耦合，其中一個旁路電容與所述電阻并聯(lián)耦合。
9.如權(quán)利要求8所述的功率放大器電路，其中所述旁路電容耦合在一個接地點(diǎn)和所述電阻和所述電感之間的一個節(jié)點(diǎn)之間。
10.如權(quán)利要求9所述的功率放大器電路，其中所述電容是片外電容。
11.如權(quán)利要求9所述的功率放大器電路，其中所述電容是可調(diào)電容。
12.如權(quán)利要求8所述的功率放大器電路，其中所述第二晶體管的發(fā)射極與所述放大晶體管的基極和所述第一晶體管的基極在第一公共節(jié)點(diǎn)耦合。
13.如權(quán)利要求12所述的功率放大器電路，其中所述放大晶體管和所述第一晶體管之間的發(fā)射極面積比配置為使所述放大晶體管內(nèi)的靜態(tài)電流和所述第一晶體管內(nèi)的靜態(tài)電流成正比。
14.如權(quán)利要求12所述的功率放大器電路，其中所述直流偏置電路進(jìn)一步包含耦合在所述第一公共節(jié)點(diǎn)和所述放大晶體管的基極之間的偏置電阻，和耦合在所述第一公共節(jié)點(diǎn)和所述第一晶體管基極之間的另一個電阻。
15.如權(quán)利要求14所述的功率放大器電路，其中所述偏置電阻和所述另一個電阻之間的阻抗比配置為使所述放大晶體管內(nèi)的靜態(tài)電流與所述第一晶體管內(nèi)的靜態(tài)電流成正比。
16.如權(quán)利要求14所述的功率放大器電路，其中所述放大晶體管與所述第一晶體管之間的發(fā)射極面積比和所述偏壓電阻與所述另一電阻之間的電阻值比配置為使所述放大晶體管內(nèi)的靜態(tài)電流與所述第一晶體管內(nèi)的靜態(tài)電流成正比。
17.如權(quán)利要求8所述的功率放大器電路，其中所述第二晶體管的所述基極與所述第一晶體管的集電極在第二公共節(jié)點(diǎn)直接耦合。
全文摘要
一種包含放大晶體管和一個直流偏置電路的功率放大器電路。該直流偏置電路包含一個在帶有放大晶體管的電流鏡內(nèi)的第一晶體管，和用來為放大晶體管和所述第一晶體管提供基極電流的第二晶體管。一個直流偏置電源通過串聯(lián)的電阻和電感耦合到第二晶體管的基極。一個旁路電容耦合在接地點(diǎn)和位于所述電阻與所述電感之間的節(jié)點(diǎn)之間。因此，由于輸入功率增加引起的所述放大晶體管的基－射結(jié)兩端的壓降的減少就得到了補(bǔ)償。此外，通過適當(dāng)調(diào)整放大晶體管與第一晶體管之間的發(fā)射極面積比，和/或偏壓電阻和與反射第一晶體管耦合的相應(yīng)電阻的比，可以使所述放大晶體管內(nèi)的靜態(tài)電流與所述第一晶體管內(nèi)的靜態(tài)電流成正比。
文檔編號H03F3/189GK1613178SQ02824242
公開日2005年5月4日 申請日期2002年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月7日
發(fā)明者S·羅 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司