一种应用于功率放大器的高精度温度补偿电路设计

摘 要： 提出一种应用于功率放大器的高精度温度补偿电路，采用硅二极管与电阻串并联的方法实现功率放大器的温度补偿，保证功率放大器在不同温度下均可以正常稳定地工作，且电路结构简单、易于调试。应用PCB板实现了具有温度补偿的功率放大器电路，测试结果表明在-40～80 ℃的温度范围内，功率放大器的静态电流只有3.8%的变化。因此该方法可以实现在较宽的温度范围内对功率放大器进行有效的高精度温度补偿，可以广泛应用于功率放大器、特别是对温度补偿量要求较高的功率放大器及大功率放大器的设计中。

关键字： 功率放大器； 高精度温度补偿； 电路设计； 宽温度范围补偿

中图分类号： TN837⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2015）03⁃0137⁃04

Design of a high⁃accuracy temperature compensation circuit applied to power amplifier

GENG Zhi⁃qing， CAO Pan， CHEN Xiang⁃guo， HOU Hua

（School of Information and Electrical Engineering， Hebei University of Engineering， Handan 056038， China）

Abstract： A high precision temperature compensation circuit for power amplifier are presented in this paper. A silicon diode and resistor series⁃parallel method is adopted to realize the temperature compensation circuit which can guarantee stability and reliability of the power amplifier under different temperature conditions. The circuit structure is simple and easy to debug. The power amplifier with the proposed temperature compensation circuit is implemented by using PCB. The measured results show that the variation of the quiescent current of the power amplifier is only 3.8% over the temperature range of -40～+80 ℃. Therefore， the proposed circuit can make high⁃accuracy temperature compensation for the power amplifier in a wide temperature range， and can be widely applied to power amplifiers， especially to high power amplifiers and power amplifiers with high⁃accuracy temperature compensation requirements.

Keywords： power amplifier； high⁃accuracy temperature compensation； circuit design； compensation in wide temperature range

0 引 言

近年来，随着第三代晶体管技术与4G通信技术的发展，宽带大功率放大器和高效率高峰均比的线性功率放大器逐渐成为研究热点。从理论研究到实际应用，不得不考虑温度变化对功率放大器各项参数带来的影响[1]。温度的变化会直接影响到静态工作电流IDQ，改变功放芯片的工作类型，从而改变功率放大器的增益、效率及线性度，对于大功率放大器甚至会直接烧坏设备。因此温度补偿电路的设计是功率放大器能否稳定工作的关键。功率放大器温度补偿电路的设计应该满足以下三个方面的要求：补偿精度高、易于调试和结构简单。目前存在的温度补偿电路往往只是为了追求其中的一个或者是两个方面的要求而进行了折中设计，已经逐渐不能满足现代功率放大器的设计需求。例如加入外围芯片来减小调试难度，但是却增加了结构的复杂性，从而加大了布线的难度[2]；或者通过简单的晶体管串联来减小结构的复杂度，但是温度补偿精度会变得很差[3]。因此本文提出一种应用于功率放大器的新型温度补偿电路，该电路同时兼有结构简单、补偿精度高和易于调试等优点，可以方便地投入到实际的应用中。

1 温度补偿电路设计

在功率放大器的设计中，由于线性与效率的要求，功放芯片通常工作于AB类[4]。在工作点附近功放芯片通常具有正的温度系数，以NXP公司的BLF6G21⁃45为例，保持静态工作点电压VDS=28 V，VGS=2.245 V不变，当热沉温度（TNSK）从-40 ℃变化为90 ℃时，通过仿真可以得到静态工作电流变化[5]如图1所示。随着温度的升高，静态电流约以5 mA/℃的规律线性变化。为了保持静态工作电流的稳定，通常采用在功放芯片的栅极加入温度敏感器件作为温度补偿方法，使其随着温度的变化对栅压进行线性调节[6]，以此抵消温度对静态工作点的影响，保证系统的稳定性。

工程应用中较为常用的温度敏感性器件主要有负温度系数（NTC）热敏电阻和晶体管。

NTC热敏电阻阻抗值与工作温度的关系[7]为：

从图6可以看出，未采用温度补偿电路之前，功率放大器的静态电流从75 mA变化到了690 mA，使得功率放大器不能正常工作。加入温度补偿电路之后，静态电流的变化得到了明显改善，在-15～-40 ℃的范围内，随着温度的降低静态电流逐渐上升，从-15 ℃时的362 mA上升到了-40 ℃时的375 mA，有13 mA的电流变化量，这是由于对温度补偿电路的要求并不是完全线性，室温以下对温度补偿量的要求要比室温以上的略低（通过图4可以求出），随着温度的降低补偿量逐渐大于需要量造成的。在高于室温时，静态电流几乎不随温度发生变化，仅仅只有2～3 mA的波动。

测试得到的最高和最低静态电流分别为-40 ℃时375 mA和35 ℃时的361 mA，因此在温度变化120 ℃的情况下，静态电流仅仅只有3.8%的变化量，比文献[3]中的10%的变化量，补偿能力提高了将近3倍，并且调试难度也大大降低。另外此电路已经投入到了批量生产的功率放大器的实际应用中，表现出了较高的一致性和稳定性。

3 结 语

本文通过二极管与电阻简单的串并联方法实现了一种应用于功率放大器的温度补偿电路，该电路具有补偿精度高，结构简单，易于调试的特点。为了验证提出温度补偿方法的有效性，本文以NXP公司的BLF6G20⁃45芯片为例，对温度补偿电路进行了实测和调试，测试结果表明在-40～80 ℃的温度范围内，功率放大器静态电流仅有3.8%的变化量，因此实现了功率放大器的高精度温度补偿，可以方便有效地应用于现代功率放大器特别是大功率放大器的设计中。

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