CN1444794A - 具有动态偏压的线性化的c类放大器 - Google Patents

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Abstract

一种功率放大器电路包括放大晶体管和用于偏置放大晶体管从而获得小于大约180°的导通角的dc偏压电路。该dc偏压电路包括动态偏压电路，用于随着到所述功率放大器电路的输入信号的增加来降低提供给所述放大晶体管的dc偏压信号。该结构允许放大器电路作为线性化的C类放大器工作，具有与B类放大器相类似的基本线性的输入－输出关系，同时具有增加的工作效率。

Description

具有动态偏压的线性化的C类放大器
发明的背景
本发明在晶体管放大器电路领域，并尤其涉及具有用于线性化放大器的动态偏压的C类功率放大器电路。
这种普通类型的放大器经常用在高频RF放大器这类应用中，比如用在无线通信装置的那些RF放大器。为了获得理想的线性输入-输出特性，输出级典型地工作在B类或AB类。尽管输出级工作在C类从而在该模式下从可获得的更高效率中获益是理想的，但是由于C类模式的内在非线性，到现在为止当也想获得线性放大器特性时这是不可能的。
在2000年3月28日由Sifen Luo和本发明的发明人申请的美国专利申请序列号09/536,946中公开了，在B类或AB类放大器电路中，用于提高放大器偏压以获得优化的最大功率输出电平和降低的功率损耗的技术。本发明涉及增大偏压信号以获得B类或AB类中的线性工作，但不能在更有效率的C类工作模式中获得线性操作。
因此，具有提供C类工作中存在的更高效率的优势，同时提供与B类放大器类似的基本线性的输入-输出相互关系的功率放大器电路将是理想的。
发明的简述
因此，本发明的目的在于提供一种提供C类工作中存在的更高效率的优势，同时提供与B类放大器类似的基本线性的输入-输出相互关系功率放大器电路。
根据本发明，该目的通过用于放大输入信号并具有小于大约180°的导通角的新的功率放大器电路实现。该电路包括放大晶体管和用于偏置放大晶体管以获得理想的导通角的dc偏压电路。dc偏压电路包括用于随着功率放大器的输入信号增加来降低提供给放大晶体管的dc偏压信号的动态偏压电路。
在本发明的优选实施例中，功率放大器电路是线性的C类放大器电路。
在本发明的进一步的优选实施例中，dc偏压信号降低的量与输入信号的幅度增加量成比例。为了简化假定分段的线性晶体管特性，该成比例的因子变得与理想的导通角除以2的余弦相等。
仍然在本发明的进一步的优选实施例中，导通角随着输入信号幅度的变化基本保持不变。
根据本发明的具有两个先前彼此唯一的特征的功率放大器提供相当大的改进，即在一个电路中能够获得高效率和基本线性的工作状态。
本发明的这些和其他方面参照下文描述的实施例将变得显然并被说明。
附图的简要说明
参照随后的说明并与附图一起阅读，本发明将会被更完全地理解。
图1示出了根据本发明的功率放大器电路的简化的框图；以及
图2示出了根据本发明的优选实施例的功率放大器电路的简化的示意图。
在图中，相同的附图标记通常被用于表示相同的部件。
优选实施例的说明
在图1中示出了根据本发明的功率放大器电路1的简化的框图。该电路包括具有输入Vin和连接到功率放大器级3的输出的驱动器级2。功率放大器级3的输出连接到匹配网络和负载4。根据本发明，该电路也包括用于偏置功率放大器级中的放大晶体管从而获得小于大约180°的理想导通角的dc偏压电路5。在下文中将进一步详细描述，该dc偏压电路包括用于随着到输入Vin的输入信号的增加来降低提供给放大晶体管的dc偏压的动态偏压电路。该dc偏压电路5在简化的框形式中示出，在这里还包括连接在Vin和到包含放大晶体管的功率放大器级3的输入之间的取样级6和平均级7。
在图2的简化的示意图中功率放大器电路1更详细地示出。基础放大器包括通过电容器12电容性地连接到功率放大器级3的驱动级2，驱动级2包括驱动器晶体管10并典型地工作在B类。功率放大器级包括放大晶体管14，它工作在C类并具有通过匹配网络4连接到负载电阻的输出。一个输入信号施加在端口Vin，通过电容18到晶体管10的输出，并且该晶体管从偏压源Vg1通过电阻20被给予偏压。晶体管10和14分别通过电感22和24被连接到电源Vdd。
该dc偏压电路5包括具有晶体管26的取样级6，它的输入连接到晶体管10的输入并且它的输出连接到电流反射镜28，它按顺序连接到电流反射镜30。每个电流反射镜包括RC滤波器(分别为32、34和36、38)以形成用于平均级7的平均电路，并且电流反射镜30的输出连接到包括电阻40和42的电阻性的除法器电路，电阻40和42串联连接到偏压源Vg2和地之间。除法器电路的输出连接到晶体管14的输出从而以下述的方式提供放大晶体管的动态偏压。
晶体管26起到跨导的作用，它产生与输入电压成比例的电流。晶体管26与晶体管10分享偏压，假定晶体管10偏置在B类。如果晶体管10不偏置在B类，则晶体管26将被提供以它自己的电阻性的偏压源(偏置在B类)并将电容性连接到Vin和晶体管的漏极。
在C类放大器中，放大晶体管具有小于大约180°的导通角。漏极(或在双极晶体管的情况下的集电极)电流具有当装置导通时具有圆周的一部分而当装置截止时是零的波形。在现有技术中，导通角不只根据偏压电平，而且根据输入信号电平，从而产生非线性输入-输出相互关系。该非线性相互关系限制了C类放大器的应用，而由于它提供了高效率的优势将被更广泛地使用。
本发明通过提供用于随着到功率放大器的输入信号的增加来降低提供给放大晶体管的偏压信号的动态偏压电路将C类放大器线性化。在优选实施例中，下降的量与输入信号幅度的增加量成比例，或者如上文论述的，是理想的导通角除以二的余弦。以这种方式，导通角随着输入信号幅度的变化基本保持不变，并且放大器将被线性化从而以基本与B类放大器相同的方式工作。
在图2的电路中，该线性化通过使用晶体管26取样输入信号，在电流反射镜和RC滤波器(28、30；32、34和36、38)反射和平均取样的信号并接着提供电流反射镜30输出到电阻性除法器(40，42)以在放大晶体管14的输入产生偏压信号来完成，它随着到功率放大器电路的输入信号的增加而降低。因此，例如，在Vin中的增加将引起在电流反射镜中流动的平均电流的增加，这将造成从连接电阻40和42地节点取出的电流的增加。接着，这将引起通过电阻40的电流的增加和通过该电阻的电压下降的相应增加，从而降低通过电阻42的电压，它是提供给晶体管14的输入的偏压。以相同的方式，Vin中的降低将造成施加到输入晶体管14的偏压的增加。
以这种方式，本发明提供能够工作在C类模式的功率放大器电路，从而取得在该工作模式下可获得的更大效率的优势，同时提供与B类放大器类似的基本线性的输入-输出特性。
尽管本发明已经被特别地示出并参照几个优选实施例进行了说明，本领域技术人员将能理解在不脱离本发明的宗旨和范围的情况下可以作出各种形式上和细节上的改变。因此，例如，可以使用不同类型的晶体管，以及可以为了适合特殊的设计要求做出电路结构上的变化。

Claims (6)

1.一种功率放大器电路(1)，用于放大输入信号并具有小于大约180°的导通角，所述功率放大器电路(1)包括放大晶体管(14)和用于偏置所述放大晶体管(14)从而获得所述的导通角的dc偏压电路(5)，所述dc偏压电路(5)包括动态偏压电路(67)，用于随着到所述功率放大器电路(1)的输入信号的增加来降低提供给所述放大晶体管(14)的dc偏压信号。
2.如权利要求1的功率放大器，其中所述功率放大器电路(1)是线性化的C类放大器电路。
3.如权利要求1的功率放大器，其中dc偏压信号的降低量与理想的导通角除以2的余弦成比例。
4.如权利要求1的功率放大器，其中导通角随着输入信号幅度的变化基本保持不变。
5.如权利要求1的功率放大器，其中所述动态偏压电路(6，7)包括连接到所述输入信号的取样级(6)和至少一个具有连接到所述取样级(6)的输入和连接到所述放大晶体管(14)的输入的输出的平均级(7)。
6.如权利要求1的功率放大器，其中dc偏压信号降低的量与输入信号的幅度增加的量成比例。
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