HBT偏置：有源电流镜偏置

Posted 2022-12-02 硬件老钢丝

文献：2013 GaAs_HBT-MMIC功率放大器的设计_杨务诚

  射频电路中不可缺少的电路单元就是偏置网络。偏置的作用是在某些特定条件下给有源器件提供一个合适的静态工作点以保证工作特性稳定，同时抑制晶体管参数随温度变化而产生的影响。

  由于功率放大器在实际应用中不会长时间地工作在最大功率状态，因此在设计过程中，要实现在较大的功率范围内都要具备较高的效率，这就需要选择一个合适的偏置网络。

  本文设计了一个自适应线性化的偏置电路，这样功率放大器的工作电流可以随输入信号功率的增大而变大，提高了功率放大器的线性度和平均效率，同时有效地的抑制了放大器直流工作点随温度变化而漂移的情况发生。如图1所示。

图1、有源电流镜偏置电路

  有源电流镜偏置电路是最常用的一种有源偏置电路形式，通过加上一个驱动晶体管来减小晶体管放大倍数对电流镜镜像比例精度的影响，有效的提高了偏置电路的电流驱动能力，同时具备较高的温度稳定性。电路结构如图 1所示，驱动晶体管 HBT2的作用是为功率管 HBT3提供基极偏置电流，HBT1则是偏置晶体管，作用是给功率晶体管提供偏置电压。

  偏置电阻 R 是用来控制流过偏置晶体管的集电极电流的，进而利用 HBT1和HBT2之间集电极电流的镜像关系来控制 HBT3的集电极偏置电流，这样调节 VBB就能改变功率放大器的静态工作点。

  但是由于自热效应，功率放大器的输出功率在饱和区域会发生增益压缩现象。因此本文在有源电流镜电路基础之上进行改进优化，利用 HBT 热电负反馈的特性，保证偏置电路的温度稳定性和电流控制精度。

图2、 自适应线性偏置电路

  图 2 为自适应线性偏置电路结构图。当射频信号输入时，会有部分信号泄露到偏置电路中，而 Q3的基-射级二极管因为整流作用，其基-射电压 Vbe3会下降，当泄漏的射频信号增大时，Q0的基-射级电压也会相应的减小。旁路电容 Cp的设计能将射频信号短路到地，从而保持了电压 Vb3不变，这时 Q0的基极电压 Vb0会升高，减小的基-射级电压得到了补偿，使得 Q0的偏置点在高功率下保持不变，增益压缩从而得到抑制。

  另外，利用 HBT 晶体管 Q1和 Q2的温度特性和 Q0相同的特性，当 Q1和 Q2的基-射电压降低时，电压 Vb3和 Vb0也会相应的降低，通过 Q0的电流减小到正常值。R2的加入使得偏置电路的温度稳定性得到进一步提高。由 Q1、Q2和 R1组成的温度补偿电路可以有效抑制功率耗散产生的自热效应导致的直流偏置点的漂移和电流增益坍塌现象。

具体的使用细节还没有尝试，如果有愿意讨论的可以私信