[發明專利]功率放大晶體管電路及提高其穩定性的方法

無效

• 申請號: 201110343752.4
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN103095225A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 楊洪文;閻躍鵬;劉宇轍;張韌
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H03F1/30
• 分類號: H03F1/30;H03F3/189;H03F3/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明屬于功率放大器技術領域，具體涉及一種功率放大晶體管電路及提高功率放大晶體管穩定性的方法，特別是一種砷化鎵異質結雙極功率放大晶體管(GaAs?HBT功率放大晶體管)電路及提高其穩定性的方法。

背景技術

在現代無線通信系統中，射頻功率放大器是實現射頻信號無線傳輸的關鍵部件，而功率放大晶體管又是構成射頻功率放大器的核心。它要求具有高頻特性好、功率密度大、工作頻率高、線性度好、功率增益高、易于匹配等諸多特性。而GaAs?HBT功率放大晶體管具有高的電流處理能力、高的輸出功率，優異的高頻特性、較寬的線性和高的效率，非常適合于功率放大應用。

GaAs?HBT功率放大晶體管在應用時，通常采用多發射極指結構來改善電流處理能力和散熱能力。然而，由于GaAs材料本身的熱導率很低，功率放大晶體管在大電流工作狀態下產生的熱量很難及時的散發出去，HBT的結溫升高，導致晶體管的開啟電壓下降，在基極偏置電壓的偏置下，產生集電極電流的熱電正反饋，器件的IV曲線出現上翹。結溫升高，增加了器件的反向注入電流，降低了器件的電流增益，導致了集電極電流的熱電負反饋特性。HBT自熱效應引發的熱電反饋將導致多指HBT功率放大晶體管的電流增益坍塌，是HBT功率放大晶體管最重要的熱不穩定問題。

在微波功率放大器的研制中，功率放大晶體管的穩定性也是一個需要嚴格考慮的因素。為了增加輸出功率，功率放大晶體管的尺寸要變大，其輸入輸出阻抗的實部變低、寄生反饋增強，導致K因子下降，功率放大晶體管穩定性降低；而且S參數隨頻率變化，功率放大晶體管在不同頻率的穩定性有所不同，一般高頻率段表現為無條件穩定(K＞1)，而在中低頻率段表現為潛在不穩定(K＜1)。使得器件在不同頻率點上的負載阻抗或源阻抗非常復雜，而且可能隨著制作工藝，使用環境的變化而變化，那么在潛在不穩定頻段上器件的端口阻抗就非常容易進入不穩定區域觸發器件的自激振蕩，導致電路設計失效。

因此，在功率放大器的設計中，如何提高功率放大晶體管，特別是GaAs?HBT功率放大晶體管的熱穩定性和電學穩定性，就成為了非常重要的問題。常用的一種做法是在功率放大晶體管的輸入端或是輸出端加入鎮流電阻，增強器件的熱電負反饋特性，從而使功率放大晶體管工作在熱穩定區域；也可以外加穩定性網絡提高K因子，使功率放大晶體管工作于穩定區域。對于基極鎮流電阻形式的應用，現有技術的方案采用如圖1所示的電路結構。

如圖1所示，功率放大器的輸入端包括輸入偏置電路1和輸入匹配電路2，輸出端包括輸出匹配電路3，電阻R1作為輸入端的基極鎮流電阻，連接在輸入匹配電路2和功率放大晶體管T1的基極之間，電容C1作為射頻耦合電容，和電阻R1并聯，連接輸入匹配電路2和功率放大晶體管T1的基極之間，電阻R1和電容C1構成了穩定電路4。功率放大晶體管T1的集電極經由一個電感連接到電源VCC上，同時，集電極經由輸出匹配電路3連接到射頻輸出端RFOUT。

電阻R1作為基極鎮流電阻，可以增強功率放大晶體管的熱穩定性，同時也可以提高電學穩定性，電容C1作為射頻耦合電容和電阻R1并聯，可以減小對器件功率增益的影響，但是，通過改變電阻R1的阻值來改善電學穩定性時會對熱穩定性產生影響，改變電阻R1的阻值來改善熱穩定性時，也會對電學穩定性產生影響，因此不能同時得到好的熱穩定性和電學穩定性。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明所要解決的技術問題是提供一種功率放大晶體管電路及提高功率放大晶體管穩定性的方法，特別是一種砷化鎵異質結雙極功率放大晶體管(GaAs?HBT功率放大晶體管)電路及提高其穩定性的方法，以解決同時優化滿足功率放大晶體管的熱穩定性和電學穩定性的技術問題，實現良好的功率放大晶體管設計。

(二)技術方案

為解決以上的技術問題，本發明的一個方面是一種功率放大晶體管電路，其包括一個功率放大晶體管和一個穩定電路，該穩定電路連接于功率放大晶體管的基極，穩定電路由一射頻輸入通路和一直流輸入通路并聯而成，射頻輸入通路用于改善功率放大晶體管的電學穩定性，直流輸入通路用于改善功率放大晶體管的熱穩定性。

根據本發明的功率放大晶體管電路，射頻輸入通路可由電阻和電容并聯組成，射頻輸入通路的一端連接到輸入匹配電路，另一端連接到功率放大晶體管的基極。

根據本發明的功率放大晶體管電路，直流輸入通路由一個穩定電阻組成，電阻一端連接到輸入偏置電路，另一端也連接到功率放大晶體管的基極。

根據本發明的功率放大晶體管電路，功率放大晶體管的集電極經由一電感連接到電源。