功率放大晶体管电路及提高其稳定性的方法技术

本发明专利技术属于功率放大器技术领域，具体公开了一种功率放大晶体管电路及提高其稳定性的方法，其中功率放大晶体管电路包括一个功率放大晶体管(T1)和一个连接于功率放大晶体管基极的稳定电路(5)，稳定电路(5)由一射频输入通路和一直流输入通路并联而成，射频输入通路用于改善功率放大晶体管(T1)的电学稳定性，直流输入通路用于改善功率放大晶体管(T1)的热稳定性。本发明专利技术解决了同时优化满足功率放大晶体管的热稳定性和电学稳定性的技术问题，能实现良好的功率放大晶体管设计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功率放大器
，具体涉及一种功率放大晶体管电路及提高功率放大晶体管稳定性的方法，特别是一种砷化镓异质结双极功率放大晶体管(GaAs HBT功率放大晶体管)电路及提高其稳定性的方法。
技术介绍
在现代无线通信系统中，射频功率放大器是实现射频信号无线传输的关键部件，而功率放大晶体管又是构成射频功率放大器的核心。它要求具有高频特性好、功率密度大、工作频率高、线性度好、功率增益高、易于匹配等诸多特性。而GaAs HBT功率放大晶体管具有高的电流处理能力、高的输出功率，优异的高频特性、较宽的线性和高的效率，非常适合于功率放大应用。GaAs HBT功率放大晶体管在应用时，通常采用多发射极指结构来改善电流处理能力和散热能力。然而，由于GaAs材料本身的热导率很低，功率放大晶体管在大电流工作状态下产生的热量很难及时的散发出去，HBT的结温升高，导致晶体管的开启电压下降，在基极偏置电压的偏置下，产生集电极电流的热电正反馈，器件的IV曲线出现上翘。结温升高，增加了器件的反向注入电流，降低了器件的电流增益，导致了集电极电流的热电负反馈特性。HBT自热效应引发的热电反馈将导致多指HBT功率放大晶体管的电流增益坍塌，是HBT功率放大晶体管最重要的热不稳定问题。在微波功率放大器的研制中，功率放大晶体管的稳定性也是一个需要严格考虑的因素。为了增加输出功率，功率放大晶体管的尺寸要变大，其输入输出阻抗的实部变低、寄生反馈增强，导致K因子下降，功率放大晶体管稳定性降低；而且S参数随频率变化，功率放大晶体管在不同频率的稳定性有所不同，一般高频率段表现为无条件稳定(κ> 1)，而在中低频率段表现为潜在不稳定(Κ< I)。使得器件在不同频率点上的负载阻抗或源阻抗非常复杂，而且可能随着制作工艺，使用环境的变化而变化，那么在潜在不稳定频段上器件的端口阻抗就非常容易进入不稳定区域触发器件的自激振荡，导致电路设计失效。因此，在功率放大器的设计中，如何提高功率放大晶体管，特别是GaAs HBT功率放大晶体管的热稳定性和电学稳定性，就成为了非常重要的问题。常用的一种做法是在功率放大晶体管的输入端或是输出端加入镇流电阻，增强器件的热电负反馈特性，从而使功率放大晶体管工作在热稳定区域；也可以外加稳定性网络提高K因子，使功率放大晶体管工作于稳定区域。对于基极镇流电阻形式的应用，现有技术的方案采用如图1所示的电路结构。如图1所示，功率放大器的输入端包括输入偏置电路I和输入匹配电路2，输出端包括输出匹配电路3，电阻Rl作为输入端的基极镇流电阻，连接在输入匹配电路2和功率放大晶体管Tl的基极之间，电容Cl作为射频耦合电容，和电阻Rl并联，连接输入匹配电路2和功率放大晶体管Tl的基极之间，电阻Rl和电容Cl构成了稳定电路4。功率放大晶体管Tl的集电极经由一个电感连接到电源VCC上，同时，集电极经由输出匹配电路3连接到射频输出端RFOUT。电阻Rl作为基极镇流电阻，可以增强功率放大晶体管的热稳定性，同时也可以提高电学稳定性，电容Cl作为射频耦合电容和电阻Rl并联，可以减小对器件功率增益的影响，但是，通过改变电阻Rl的阻值来改善电学稳定性时会对热稳定性产生影响，改变电阻Rl的阻值来改善热稳定性时，也会对电学稳定性产生影响，因此不能同时得到好的热稳定性和电学稳定性。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术所要解决的技术问题是提供一种功率放大晶体管电路及提高功率放大晶体管稳定性的方法，特别是一种砷化镓异质结双极功率放大晶体管(GaAs HBT功率放大晶体管)电路及提高其稳定性的方法，以解决同时优化满足功率放大晶体管的热稳定性和电学稳定性的技术问题，实现良好的功率放大晶体管设计。(二)技术方案为解决以上的技术问题，本专利技术的一个方面是一种功率放大晶体管电路，其包括一个功率放大晶体管和一个稳定电路，该稳定电路连接于功率放大晶体管的基极，稳定电路由一射频输入通路和一直流输入通路并联而成，射频输入通路用于改善功率放大晶体管的电学稳定性，直流输入通路用于改善功率放大晶体管的热稳定性。根据本专利技术的功率放大晶体管电路，射频输入通路可由电阻和电容并联组成，射频输入通路的一端连接到输入匹配电路，另一端连接到功率放大晶体管的基极。根据本专利技术的功率放大晶体管电路，直流输入通路由一个稳定电阻组成，电阻一端连接到输入偏置电路，另一端也连接到功率放大晶体管的基极。根据本专利技术的功率放大晶体管电路，功率放大晶体管的集电极经由一电感连接到电源。根据本专利技术的功率放大晶体管电路，功率放大晶体管的集电极经由一输出匹配电路连接到射频输出端。根据本专利技术的功率放大晶体管电路功率放大晶体管为一 GaAs HBT功率放大晶体管。根据本专利技术的功率放大晶体管电路，电阻和电容的值可以被调节，以得到最优的频率稳定性，同时改善功率放大晶体管的增益。根据本专利技术的功率放大晶体管电路，电阻的值可以被调节，以改善电流增益坍塌，提闻热稳定性。本专利技术的另一个方面是一种提高功率放大晶体管稳定性的方法，其包括如下步骤:在功率放大晶体管和输入匹配电路之间设置一个稳定电路，该稳定电路由一个射频输入通路和一个直流输入通路并联而成；利用该射频输入通路来改善功率放大晶体管的电学稳定性；利用该直流输入通路来改善功率放大晶体管的热稳定性。根据本专利技术的方法，该射频输入通路由电阻和电容并联组成，射频输入通路的一端连接到输入匹配电路，另一端连接到功率放大晶体管的基极。根据本专利技术的方法，该直流输入通路由一个稳定电阻组成，电阻一端连接到输入偏置电路，另一端也连接到功率放大晶体管的基极。根据本专利技术的方法的功率放大晶体管为GaAs HBT功率放大晶体管。根据本专利技术的方法，还包括如下步骤:调节电阻和电容的值，得到最优的频率稳定性，同时改善功率放大晶体管的增益。根据本专利技术的方法，根据功率放大晶体管的发射极的长、宽以及发射极指来调节电阻和电容的值。根据本专利技术的方法，，还包括如下步骤:调节电阻的值，改善电流增益坍塌，提高热稳定性。根据本专利技术的方法，根据功率放大晶体管(Tl)的工艺特性来调节稳定电阻(R2)的值。(三)有益效果本专利技术在功率放大晶体管的输入端加入了稳定电路，由此既可以使功率放大晶体管处于绝对稳定状态，从而使功率放大器电路易于匹配和稳定，又可以得到最佳的热稳定性，有效抑制增益坍塌，同时还提高了高频稳定性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细的说明:图1为现有的带稳定电路的功率放大器电路图；图2为本专利技术的带稳定电路的功率放大器电路图；图3为以图2的拓扑连接方式进行连接仿真得到的稳定性仿真结果示意图；图4为本专利技术的功率放大晶体管电路的电路图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术的一个具体实施例是一种功率放大晶体管电路，其中所采用的功率放大晶体管为，如图2所示。该GaAs HBT功率放大晶体管例如是5.8GHZ的GaAs HBT功率放大晶体管。该功率放大晶体管电路包括GaAsHBT功率放大晶体管Tl和一个稳定电路5。所述功率放大晶体管Tl具有基极、集电极和发射极，所述功率放大晶体管电路的稳定电路5连接于功率放大晶体管的基极。该稳定电路由射频输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率放大晶体管电路，包括一个功率放大晶体管(T1)和一个稳定电路(5)，该稳定电路(5)连接于功率放大晶体管(T1)的基极，其特征在于：该稳定电路(5)由一射频输入通路和一直流输入通路并联而成；该射频输入通路用于改善功率放大晶体管(T1)的电学稳定性，该直流输入通路用于改善功率放大晶体管(T1)的热稳定性。

【技术特征摘要】
1.种功率放大晶体管电路，包括一个功率放大晶体管(Tl)和一个稳定电路(5),该稳定电路(5)连接于功率放大晶体管(Tl)的基极，其特征在于:该稳定电路(5)由一射频输入通路和一直流输入通路并联而成；该射频输入通路用于改善功率放大晶体管(Tl)的电学稳定性，该直流输入通路用于改善功率放大晶体管(Tl)的热稳定性。2.根据权利要求1所述的功率放大晶体管电路，其中该射频输入通路由电阻(Rl)和电容(Cl)并联组成，射频输入通路的一端连接到输入匹配电路(2)，另一端连接到功率放大晶体管(Tl)的基极。3.根据权利要求1所述的功率放大晶体管电路，其中直流输入通路由一个稳定电阻(R2)组成，稳定电阻(R2) —端连接到输入偏置电路(1)，另一端也连接到功率放大晶体管(Tl)的基极。4.根据权利要求1-3的任一项所述的功率放大晶体管电路，其中功率放大晶体管(Tl)的集电极经由一电感(LI)连接到电源(VCC)。5.根据权利要求1-3的任一项所述的功率放大晶体管电路，其中功率放大晶体管(Tl)的集电极经由一输出匹配电路连接到射频输出端(RFOUT)。6.根据权利要求1-3的任一项所述的功率放大晶体管电路，其中的功率放大晶体管(Tl)为GaAs HBT功率放大晶体管。7.根据权利要求6所述的功率放大晶体管电路，其中电阻(Rl)和电容(Cl)的值是调节的。8.根据权利要求6所述的功率放大晶体管电路，其中稳定电阻(R2)的值是可调节的。9.一种提高功率放大晶体管稳定性的方法，其特征在于包括如下步骤: 在功率放大晶体管(Tl)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洪文，阎跃鹏，刘宇辙，张韧，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：