可變增益的功率放大器單片微波集成電路

FET工作在飽和區(qū)時的跨導g_m，I_ds與V_gs的關(guān)系如圖2所示。FET₁的柵壓V_gs保持不變，則源漏電阻值的變化不會很大，在工作點的阻抗約為10Ω，由歐姆定律可知，V₁的電壓值由I_ds決定。FET₂的漏壓V_ds保持不變，V_c變化時，F(xiàn)ET₂的柵壓相應(yīng)變化，由圖2的曲線可以看出，當柵壓變化時，g_m會產(chǎn)生變化，F(xiàn)ET₂的放大倍數(shù)則相應(yīng)改變。同時，F(xiàn)ET₂的柵壓變化時，根據(jù)圖3，I_ds會有較大的變化。根據(jù)之前的分析，I_ds變化時，V₁的值也會相應(yīng)產(chǎn)生較大的變化，當V₁小于1V時，F(xiàn)ET₁工作在圖3中的線性區(qū)，增益受漏壓影響較大，所以當V₁變化時，F(xiàn)ET₁的放大倍數(shù)也會相應(yīng)變化。這樣，F(xiàn)ET₁和FET₂的增益都受V_c的控制，其共同的增益變化量成為功率放大器的增益變化范圍。

圖2 g_m，I_ds與V_gs的關(guān)系曲線

圖3 V_ds，V_gs與I_ds的關(guān)系曲線

2 功率放大器的設(shè)計原理

本 文選用中國電子科技集團公司第十三研究所GaAs PHEMT 工藝線的模型進行功率放大器的設(shè)計，GaAs PHEMT 場效應(yīng)管總柵寬1mm的輸出功率為0.6 W，若需要輸出33 dBm，即2W 功率，末級總柵寬需4mm，使用4個功率單元，每個單元總柵寬1 mm。要得到高效率的功率放大器，需要仔細考慮每一級場效應(yīng)管的總柵寬比，可以達到最大效率。

根據(jù)設(shè)計目標確定相應(yīng)的電路拓 撲結(jié)構(gòu)，拓撲結(jié)構(gòu)的選擇決定著整個電路的性能，對有源器件進行負載牽引，找出有源器件能夠輸出最大功率時的輸入和輸出阻抗在阻抗圓圖上的位置。本文所用1 mm柵寬模型如圖4 所示，圖4(a)為模型版圖形，用于進行器件建模，圖4(b)為通過測量參數(shù)擬合的大信號模型。輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計著眼于最大的功率輸出，拓撲結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 1 mm柵寬器件模型

圖5 功率放大器拓撲結(jié)構(gòu)