场效应功放管静态工作点温度补偿功能设计

本文通过作者自身工作实践，详细介绍了在线性功率放大器的设计中功放静态工作点随温度变化而使功率放大器的线性度受到影响的普遍情况,提出了一种温度补偿用的硅开关二极管在偏置电路中使用电路，从而有效稳定功放管静态工作点，以使得功率放大器的线性度不随管壳温度的变化而变化,从而保证发射机的工作稳定性和可靠性设计。

1  基本原理

图1所示是LDMOS功率管的电原理图。图1中，LDMOS功放管的静态工作点的设置是通过调整栅极电位器完成的。然而，由于功放管的静态工作点随温度变化呈正温度系数变化趋势会使得功率放大器的线性度受到影响。所以，在实际工作中，稳定功放管的静态工作点是十分必要的。一般情况下，从图1可以看出：

式中，V_g为栅极电压;V_o为三端稳压器的标称稳压值;V_d为二极管的正向导通压降。如果认为V_o与温度变化无关，则可以得到：  

△V_g=△V_d (2)

式中，△V_d为温度变化所引起的二极管正向导通压降V_d的变化量;V_g为二极管正向导通压降变化△V_d时，栅极电压V_g的变化量。

图1中的二极管为硅开关二极管，正向导通压降为0.7V左右，其导通压降随温度变化呈负温度系数变化趋势。通常，当温度升高时，此类二极管的导通压降会以约2mV/°C的斜率下降，这会使得功放管的栅极电压降低,从而抵消因温度上升使功放管本身工作电流上升的趋势，以稳定工作点。

2  静态工作点温度补偿电路的工作原理

该补偿技术可使静态工作电流的变化在0〜50°C范围内小于10%。本设计的场效应功放管的静态工作点温度补偿电路原理图如图2所示。 

由于LDMOS功放管的工作点对栅极电压比较敏感，所以，其偏置电压必须在功放单板中经过稳压块(通常选5V)稳压。

另外，电位器的作用是用来调整静态工作电流的大小。设计时可选用精密电位器。

本设计方案来自于有关LDMOS功放管的应用实例。与其他方案相比,该方案具有电路简单、补偿精度高、批量生产一致性好等优点。

在图2所示的典型LDMOS功率放大器静态工作点温度补偿电路中，有：

如果仍然认为偏置电压V_bias不随温度变化，则可得到：

在本方案中，△V_g=△V_d,由此可见，对于同一只功放管来说，要达到同样的温度补偿效果，本方案所用的二极管数目比传统电路要少。另外，公式4中的R₁/(R₁+R₂)的大小除了与偏置电压V_bias的大小有关外，与所需的栅极电压的大小也有关系，而即便是同一型号的功放管要达到同样的工作点，其栅极电压也常有较大的差异，这样，同样的温补电路对同一型号的不同的功放管达到的补偿效果可能会有较大的差异。所以，传统的温补电路在工作点补偿精度要求较高时，可能不利于批量生产。

3  调试与维护

该模块应在实验室环境下调试，调试需要两台电源,其中一台给漏极供电，另一台提供偏置电压。该模块的调试应与功放单板相结合。为防止功放自激，在加电调试前，功放的输出必须接大功率负载。另外，还必须做好防静电措施。

本设计的调试方法如下：

(1) 将功放输出接大功率负载；

(2) 不焊二极管，电位器与二极管的连接端暂时接地，调整电位器以使得功放管达到合适的静态工作点；

(3) 使放置二极管位置的温度升高(可采用自然升温或外部加热)50°,调整电位器使功放管的静态工作点恢复到初始值，记录栅极电压的调整量△V_g，然后按△V_g/0.1(0.1为二极管稳升50度时，其正向导通压降下降的电压大约值)的比值确定串联二极管的数量,并按相应的数目接入二极管；

(4) 观察漏极电源的电流随温度变化是否明显。如果效果不理想，可相应地增加或减少二极管的数量,最后以漏极电源的电流随温度上升(由室温到70度以上)变化小于10%为准。

4  故障解决方案

该方案容易出现的两个故障，首先是加电后，当调整电位器使得栅极电压明显高于功放管的门限开启电压但漏极电源仍无电流，该故障可能是在焊接或运输过程中，功放管因静电或其他原因已损坏。需要更换功放管;其次是加电后，当微调电位器时,漏极电源的电流可能突然跳变，这可能是功放自激，但必须通过频谱仪观察。如果是自激，则需要注意匹配、滤波、接地等问题。

5  结语

作为LDMOS功放管静态工作点温度补偿用的二极管应选择硅开关二极管，其具体数量可由实验确定。该开关二极管在电路板中的位置应靠近功放管。

在模块调试前，一定要确保功放单板可靠接地、电源滤波良好、功放管的固定螺丝上紧、并做好匹配等，另外，漏极电源应设置限流保护，否则，在调试中可能会因为自激损坏功放管。