場(chǎng)效應(yīng)功放管靜態(tài)工作點(diǎn)溫度補(bǔ)償功能設(shè)計(jì)

本文通過(guò)作者自身工作實(shí)踐，詳細(xì)介紹了在線性功率放大器的設(shè)計(jì)中功放靜態(tài)工作點(diǎn)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(bǔ)償用的硅開(kāi)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(diǎn)，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(jī)的工作穩(wěn)定性和可靠性設(shè)計(jì)。

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(diǎn)的設(shè)置是通過(guò)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(diǎn)隨溫度變化呈正溫度系數(shù)變化趨勢(shì)會(huì)使得功率放大器的線性度受到影響。所以，在實(shí)際工作中，穩(wěn)定功放管的靜態(tài)工作點(diǎn)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(chēng)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(wú)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(shí)，柵極電壓V_g的變化量。

圖1中的二極管為硅開(kāi)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(fù)溫度系數(shù)變化趨勢(shì)。通常，當(dāng)溫度升高時(shí)，此類(lèi)二極管的導(dǎo)通壓降會(huì)以約2mV/°C的斜率下降，這會(huì)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(shì)，以穩(wěn)定工作點(diǎn)。

2  靜態(tài)工作點(diǎn)溫度補(bǔ)償電路的工作原理

該補(bǔ)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(jì)的場(chǎng)效應(yīng)功放管的靜態(tài)工作點(diǎn)溫度補(bǔ)償電路原理圖如圖2所示。 

由于LDMOS功放管的工作點(diǎn)對(duì)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(guò)穩(wěn)壓塊(通常選5V)穩(wěn)壓。

另外，電位器的作用是用來(lái)調(diào)整靜態(tài)工作電流的大小。設(shè)計(jì)時(shí)可選用精密電位器。

本設(shè)計(jì)方案來(lái)自于有關(guān)LDMOS功放管的應(yīng)用實(shí)例。與其他方案相比,該方案具有電路簡(jiǎn)單、補(bǔ)償精度高、批量生產(chǎn)一致性好等優(yōu)點(diǎn)。

在圖2所示的典型LDMOS功率放大器靜態(tài)工作點(diǎn)溫度補(bǔ)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(jiàn)，對(duì)于同一只功放管來(lái)說(shuō)，要達(dá)到同樣的溫度補(bǔ)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(hào)的功放管要達(dá)到同樣的工作點(diǎn)，其柵極電壓也常有較大的差異，這樣，同樣的溫補(bǔ)電路對(duì)同一型號(hào)的不同的功放管達(dá)到的補(bǔ)償效果可能會(huì)有較大的差異。所以，傳統(tǒng)的溫補(bǔ)電路在工作點(diǎn)補(bǔ)償精度要求較高時(shí)，可能不利于批量生產(chǎn)。

3  調(diào)試與維護(hù)

該模塊應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下調(diào)試，調(diào)試需要兩臺(tái)電源,其中一臺(tái)給漏極供電，另一臺(tái)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(fù)載。另外，還必須做好防靜電措施。

本設(shè)計(jì)的調(diào)試方法如下：

(1) 將功放輸出接大功率負(fù)載；

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

(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(diǎn)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(shí)，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(gè)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(mén)限開(kāi)啟電壓但漏極電源仍無(wú)電流，該故障可能是在焊接或運(yùn)輸過(guò)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(shí),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(guò)頻譜儀觀察。如果是自激，則需要注意匹配、濾波、接地等問(wèn)題。

5  結(jié)語(yǔ)

作為L(zhǎng)DMOS功放管靜態(tài)工作點(diǎn)溫度補(bǔ)償用的二極管應(yīng)選擇硅開(kāi)關(guān)二極管，其具體數(shù)量可由實(shí)驗(yàn)確定。該開(kāi)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(hù)，否則，在調(diào)試中可能會(huì)因?yàn)樽约p壞功放管。