場效應(yīng)功放管靜態(tài)工作點溫度補償功能設(shè)計

本文通過作者自身工作實踐，詳細介紹了在線性功率放大器的設(shè)計中功放靜態(tài)工作點隨溫度變化而使功率放大器的線性度受到影響的普遍情況,提出了一種溫度補償用的硅開關(guān)二極管在偏置電路中使用電路，從而有效穩(wěn)定功放管靜態(tài)工作點，以使得功率放大器的線性度不隨管殼溫度的變化而變化,從而保證發(fā)射機的工作穩(wěn)定性和可靠性設(shè)計。

1  基本原理

圖1所示是LDMOS功率管的電原理圖。圖1中，LDMOS功放管的靜態(tài)工作點的設(shè)置是通過調(diào)整柵極電位器完成的。然而，由于功放管的靜態(tài)工作點隨溫度變化呈正溫度系數(shù)變化趨勢會使得功率放大器的線性度受到影響。所以，在實際工作中，穩(wěn)定功放管的靜態(tài)工作點是十分必要的。一般情況下，從圖1可以看出：

式中，V_g為柵極電壓;V_o為三端穩(wěn)壓器的標(biāo)稱穩(wěn)壓值;V_d為二極管的正向?qū)▔航?。如果認(rèn)為V_o與溫度變化無關(guān)，則可以得到：  

△V_g=△V_d (2)

式中，△V_d為溫度變化所引起的二極管正向?qū)▔航?span>V_d的變化量;V_g為二極管正向?qū)▔航底兓?span>△V_d時，柵極電壓V_g的變化量。

圖1中的二極管為硅開關(guān)二極管，正向?qū)▔航禐?span>0.7V左右，其導(dǎo)通壓降隨溫度變化呈負溫度系數(shù)變化趨勢。通常，當(dāng)溫度升高時，此類二極管的導(dǎo)通壓降會以約2mV/°C的斜率下降，這會使得功放管的柵極電壓降低,從而抵消因溫度上升使功放管本身工作電流上升的趨勢，以穩(wěn)定工作點。

2  靜態(tài)工作點溫度補償電路的工作原理

該補償技術(shù)可使靜態(tài)工作電流的變化在0?50°C范圍內(nèi)小于10%。本設(shè)計的場效應(yīng)功放管的靜態(tài)工作點溫度補償電路原理圖如圖2所示。 

由于LDMOS功放管的工作點對柵極電壓比較敏感，所以，其偏置電壓必須在功放單板中經(jīng)過穩(wěn)壓塊(通常選5V)穩(wěn)壓。

另外，電位器的作用是用來調(diào)整靜態(tài)工作電流的大小。設(shè)計時可選用精密電位器。

本設(shè)計方案來自于有關(guān)LDMOS功放管的應(yīng)用實例。與其他方案相比,該方案具有電路簡單、補償精度高、批量生產(chǎn)一致性好等優(yōu)點。

在圖2所示的典型LDMOS功率放大器靜態(tài)工作點溫度補償電路中，有：

如果仍然認(rèn)為偏置電壓V_bias不隨溫度變化，則可得到：

在本方案中，△V_g=△V_d,由此可見，對于同一只功放管來說，要達到同樣的溫度補償效果，本方案所用的二極管數(shù)目比傳統(tǒng)電路要少。另外，公式4中的R₁/(R₁+R₂)的大小除了與偏置電壓V_bias的大小有關(guān)外，與所需的柵極電壓的大小也有關(guān)系，而即便是同一型號的功放管要達到同樣的工作點，其柵極電壓也常有較大的差異，這樣，同樣的溫補電路對同一型號的不同的功放管達到的補償效果可能會有較大的差異。所以，傳統(tǒng)的溫補電路在工作點補償精度要求較高時，可能不利于批量生產(chǎn)。

3  調(diào)試與維護

該模塊應(yīng)在實驗室環(huán)境下調(diào)試，調(diào)試需要兩臺電源,其中一臺給漏極供電，另一臺提供偏置電壓。該模塊的調(diào)試應(yīng)與功放單板相結(jié)合。為防止功放自激，在加電調(diào)試前，功放的輸出必須接大功率負載。另外，還必須做好防靜電措施。

本設(shè)計的調(diào)試方法如下：

(1) 將功放輸出接大功率負載；

(2) 不焊二極管，電位器與二極管的連接端暫時接地，調(diào)整電位器以使得功放管達到合適的靜態(tài)工作點；

(3) 使放置二極管位置的溫度升高(可采用自然升溫或外部加熱)50°,調(diào)整電位器使功放管的靜態(tài)工作點恢復(fù)到初始值，記錄柵極電壓的調(diào)整量△V_g，然后按△V_g/0.1(0.1為二極管穩(wěn)升50度時，其正向?qū)▔航迪陆档碾妷捍蠹s值)的比值確定串聯(lián)二極管的數(shù)量,并按相應(yīng)的數(shù)目接入二極管；

(4) 觀察漏極電源的電流隨溫度變化是否明顯。如果效果不理想，可相應(yīng)地增加或減少二極管的數(shù)量,最后以漏極電源的電流隨溫度上升(由室溫到70度以上)變化小于10%為準(zhǔn)。

4  故障解決方案

該方案容易出現(xiàn)的兩個故障，首先是加電后，當(dāng)調(diào)整電位器使得柵極電壓明顯高于功放管的門限開啟電壓但漏極電源仍無電流，該故障可能是在焊接或運輸過程中，功放管因靜電或其他原因已損壞。需要更換功放管;其次是加電后，當(dāng)微調(diào)電位器時,漏極電源的電流可能突然跳變，這可能是功放自激，但必須通過頻譜儀觀察。如果是自激，則需要注意匹配、濾波、接地等問題。

5  結(jié)語

作為LDMOS功放管靜態(tài)工作點溫度補償用的二極管應(yīng)選擇硅開關(guān)二極管，其具體數(shù)量可由實驗確定。該開關(guān)二極管在電路板中的位置應(yīng)靠近功放管。

在模塊調(diào)試前，一定要確保功放單板可靠接地、電源濾波良好、功放管的固定螺絲上緊、并做好匹配等，另外，漏極電源應(yīng)設(shè)置限流保護，否則，在調(diào)試中可能會因為自激損壞功放管。