中功率射频放大器设计经验分享

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本文来自电子工程专辑
 
中功率射频放大器既能在发射电路的射频功率放大器中作为前级驱动,又能在接收电路中用于信号放大,是射频收发信机的重要组成部分。部分中功率射频放大器为射频BJT分立式元器件的形式,设计时具有更大的灵活性。在使用时工程师更多的关注匹配电路的设计,而忽略了偏置电阻及馈电电感的选取。其对电路的工作状态、性能指标以及设计难度都有较大的影响,是中功率射频放大器设计时需要考虑的要点。
 
下面以某中功率射频放大器BFP780为例,简要分析介绍中功率射频放大器设计时偏置电阻和馈电电感的选取方法。
 
一、偏置电阻的选取
BFP780为NPN式的三极管结构,偏置电阻的选取对确定管子的静态工作点具有重要意义。
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 图1 BFP780直流偏置电路
 
如图1所示,电路中的Rb为偏置电阻,需要选取合适的偏置电阻来确定BFP780的静态工作点。
 
使用晶体管测试仪扫描直流参数,查阅BFP780的数据手册,VCE,IB,IC的极限参数分别为6V,5mA,120mA,根据实际情况设置管子的集电极输入电压范围为0~6V,基极输入电流的范围为0~1mA。直流参数扫描曲线如图2所示:
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图2 直流参数扫描
 
已知管子的静态工作点,从扫描曲线中可以得出基级电流IB的大小。在实际工程当中,为了减小设备电源的复杂程度,一般使用单电源供电。表1给出了Vcc=5V,BFP780正常工作范围内不同静态工作点所对应的偏置电阻Rb的参考值:
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表1 BFP780偏置电阻参考值
 
根据不同的指标要求,通过查表选取相应的偏置电阻Rb。例如,要使BFP780实现较高的线性度,选取Rb=6.9KΩ,设置静态工作点为Vcc=5V、IC=90mA,使其工作在A类放大模式下;要使BFP780达到低噪声系数的指标要求,选取Rb=14KΩ,使其静态工作点变为Vcc=5V、IC=30mA。我们可以灵活地选取偏置电阻调整BFP780的静态工作点以满足系统的需求。
 
二、馈电电感的选取
图1中的Ldc为BFP780的馈电电感,通过分析简要介绍选取时的注意事项:
 
1)馈电电感对BFP780的输入输出特性阻抗有一定的影响。我们选取理想馈电电感和39nH的实际电感接入管子的集电极,测试输入输出阻抗:
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图3馈电电感对BFP780阻抗影响对比曲线
 
图3曲线直观的表明,馈电电感选择39nH时,BFP780在1GHz~3GHz频率范围内输入输出阻抗与理想电感相差不大;当工作频率低于1GHz时,39nH的馈电电感对管子的阻抗就有较大的影响。在选取馈电电感的电感量时应充分考虑电路的工作频率,否则会造成较大的偏差。
 
2)馈电电感的主要功能是将电源Vcc的电压引入到BFP780的集电极当中,同时防止集电极输出的高频信号干扰电源Vcc。电感器件需要成感性时才能呈现出通直流阻交流的特性,因此在选取电感时应保证其最小自谐振频率大于管子的交流工作频率。例如:要使用BFP780设计一个工作在900MHz频率下的放大器,选择馈电电感时,其最小自谐振频率必须大于900MHz。
 
实际的馈电电感的还有额定电流,直流电阻等指标,这些参数受电感量、自谐振频率、封装等指标的影响,在选取时必须综合考虑,表2提供BFP780电路设计时馈电电感的相关参数,供各位参考:
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表2 BFP780馈电电感参考值
 
以上是我在中功率射频放大器时积累的一些工程经验,现总结成文与大家分享,希望对大家的设计有所帮助。
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中功率射频放大器设计经验分享

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