AB類功率放大器驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì)

1、ab類功率放大器驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì)1 ab類功放驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)目標(biāo)在有用電路中，往往要求放大電路的末級(jí)(即輸出級(jí))輸出一定的功率，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。能夠向負(fù)載提供足夠信號(hào)功率的放大電路稱為功率放大電路，簡(jiǎn)稱功放。經(jīng)典功率有4種類型：a類，ab類，b類和c類，他們的主要差別在于偏置的狀況不同。抱負(fù)的4類經(jīng)典放大器的最大效率的理論值與導(dǎo)通角的函數(shù)關(guān)系1所示。a類的線性度好，功率傳遞能力差，效率最大值為50，導(dǎo)通角為360°；b類功率放大器通過削減一個(gè)周期中晶體管工作的時(shí)光來提高效率(最好可達(dá)78.5)，保持了實(shí)現(xiàn)線性調(diào)制的可能性，工作周期為半周期；c類功率放大器提供了臨近100的效率，但同時(shí)歸一化

2、的功率傳遞能力和功率增益都趨于零，線性度差；ab類放大器的效率和線性度在a類和b類放大器之間，其最大的特點(diǎn)是導(dǎo)通角的范圍為180°360°，相應(yīng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)他在一個(gè)周期的50和100之間的某段時(shí)光內(nèi)導(dǎo)通的工作方式，對(duì)于單mos管來說，就是使他的漏極有通過的時(shí)光多于半個(gè)周期。2 功放驅(qū)動(dòng)電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)和2.1 鏡像電流偏置方式在采納雙電源供電的差分放大電路中，兩管的靜態(tài)工作點(diǎn)電流挺直由恒流源電路提供。對(duì)恒流源偏置電路的要求，除了提供穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)電流外，還應(yīng)具有高的輸出溝通。鏡像恒流源電路是目前應(yīng)用最廣的一種高穩(wěn)定恒流源電路，他特殊適合于用在中。圖2就是采納鏡像電流偏

3、置方式實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)圖。這個(gè)電路是由2共性能上嚴(yán)格匹配的nmos管和1個(gè)電阻、1個(gè)電感組成，im1和im2分離為電路中兩個(gè)nmos管m1和m2的漏極電流。m1管與m2管的襯底與源短接，不存在體效應(yīng)。因?yàn)閮蓚€(gè)nmos管寬長(zhǎng)比徹低一樣，因此，轉(zhuǎn)變vdd或r，im1和im2相應(yīng)的也就隨之轉(zhuǎn)變。鑒于im2如同im1的鏡像，故將這種恒流源電路稱為鏡像恒流源電路。圖中的c和l作用跟前面分壓偏置方式中論述的一樣。當(dāng)兩管徹低對(duì)稱時(shí)，溫度的變幻就不會(huì)引起im1和im2的變幻，因此鏡像恒流源電路是一種高熱穩(wěn)定的偏置電路。這一偏置辦法還消退了與固定柵偏置有關(guān)的熱漂移問題。對(duì)于ab類功放，給定vdd為3 v，vi

4、n為直流偏置2 v，振幅1 v，頻率1 ghz的正弦波，選定r為800 ，c為0.5 pf，l為0.065 nh，m1和m2均為寬0.6m，長(zhǎng)0.18 m的nmos。從圖3晶體管m2的漏極電流hspice仿真波形圖中可以看出vg0.297 v的時(shí)長(zhǎng)為0.69 ns，大于0.5 ns的半個(gè)周期時(shí)長(zhǎng)，因此實(shí)現(xiàn)了ab類功放的驅(qū)動(dòng)電路的要求，工作時(shí)光大于半個(gè)周期。2.2 分壓偏置方式分壓式偏置電路，顧名思義就是通過電阻的分壓以給出所要達(dá)到的偏置電壓的電路結(jié)構(gòu)，4所示。電路中的c為隔直，隔離輸入的信號(hào)中由各種緣由引起的直流重量，保證電路特性不被意外的直流重量所影響。電路中的電源普通均通過扼流圈l對(duì)mos

5、管的漏極饋電，目的是盡量減小電路中不須要的直流功率損耗，提高功放的效率，在較低的電壓下輸出較大的功率。因此電路中將扼流l接于電源與m1的漏極之間，將dc功率送到mos管的漏極。電路中r3為源極電阻，其值很小，使得消耗在他上面的直流功耗也很小，以盡量減小電路中不須要的直流功率損耗，提高功放的效率。r1，r2分離稱為上偏置電阻和下偏置電阻，他們的作用是將vdd舉行分壓，在mos管柵極上產(chǎn)生柵極靜態(tài)電壓vg，其值為：分壓式偏置電路不僅能夠有效地穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，而且對(duì)于換用不同晶體管時(shí)，因參數(shù)不全都而引起的靜態(tài)工作點(diǎn)的變幻。也同樣具有自動(dòng)調(diào)整作用。對(duì)于ab類功放，給定vdd為3 v；vin為直流偏置2

6、 v，振幅1 v，頻率1 ghz的正弦波，選定r1為2 k，r2為1 k，r3為10 ，c為5 pf，l為0.065 nh，m1為寬0.6 m，長(zhǎng)0.18 m的nmos，從給定的nmos參數(shù)中可算出vth0約為0.297 v。設(shè)置的電阻使得vg圍繞1 v左右上下擺動(dòng)，擺幅為1 v，即可使得晶體管m1工作時(shí)光大于半個(gè)周期而小于整周期，從圖5晶體管m1漏極電流hspice仿真波形圖中也可以看出其每周期的工作時(shí)光為0.79 ns，大于半周期，實(shí)現(xiàn)了ab類功放的驅(qū)動(dòng)要求。2.3 柵極偏置方式6所示，這種電路是一種分壓的特別結(jié)構(gòu)，通過電阻、電感、二極管對(duì)vdd舉行分壓，在m1柵極上產(chǎn)生正的靜態(tài)偏置電壓，使每周期內(nèi)vg高于0.297 v的部分增強(qiáng)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)ab類功放驅(qū)動(dòng)的偏壓要求。給定vdd為3 v，vin為直流偏置2 v，振幅1 v，頻率1 ghz的正弦波，選定c為15 pf，r為10 ，l1為0.065 nh，l2為