专利名称：一种功率放大装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有输出功率控制和保护功能的功率放大装置。
背景技术：
功率放大装置用于对输入信号的功率进行放大，功率放大装置在电子及通讯领域应用广泛。图I是一种现有技术的功率放大装置的电路原理图，如图所示，这种功率放大装置PA具有输出端Pout、电源端Vdd、接地端和增益控制端Ne。放大器PA由电源通过电源端Vdd供电，功率增益由增益控制端Vc的控制电压控制。从输入端Pin输入的信号经放大器PA放大后，经输出端Pout输出。功率放大器PA工作时，功率放大器的输出功率Pout、增益或功率随控制电压Vc的 增高而增大。由于输入功率Pin的增大、器件温度的变化、电源电压或控制电压的提高，输出功率也会升高。但是，功率放大器能输出功率Pout是有限制的，过高的输出功率会导致功率放大器损坏。另外，温度和电压的变化也会使功率放大器输出功率发生变化，即使对于同一个功率放大器，在同一温度、同一电压下的射频应用中，输出功率也会随频率而变化。这种现有技术功率放大器不具有任何控制电路和保护电路，因此在输出功率不稳定的情况下存在烧毁的可能性。为此，有必要设计一种新型的具有功率保护电路的功率放大装置，以解决现有技术存在的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种能够更稳定、安全地控制输出功率的功率放大装置。本发明提供的功率放大装置包括功率放大模块、功率控制模块和功率检测模块，其中功率放大模块包括放大器，所述放大器包括电源端、接地端、输出端、输入端和增益控制端；功率控制模块包括第一电阻、三极管、第二电阻和第三电阻，第一电阻的第一端与三极管的基极连接；三极管的集电极与放大器的增益控制端连接；三极管的发射极接地；第二电阻的第一端与三极管的基极连接；第二电阻的第二端接地；功率检测模块包括第一电容、第一二极管、第二二极管、第二电容，第一电容的第一端与放大器的输出侧连接；第一电容的第二端与第一二极管的负极、第二二极管的正极连接；第一二极管的正极接地 ’第二二极管的负极与第二电容的第一端连接；第二电容的第二端接地；第二电容的第一端还与功率控制模块中的第一电阻的第二端连接。优选地，功率放大模块还包括第四电阻，所述第四电阻的第一端与放大器的增益控制端连接，第四电阻的第二端用于与偏置电路连接。优选地，功率控制模块包括第三电阻，三极管的发射极与第三电阻的第一端连接；第三电阻的第二端接地。优选地，第二电阻是可调电阻器或可变电阻器。
优选地，三极管为NPN型晶体管。优选地，所述放大器为多级放大电路。本发明还提供了一种功率放大装置，所述装置包括功率放大模块、功率控制模块和功率检测模块，其中功率放大模块包括放大器，所述放大器包括电源端、接地端、输出端、输入端和增益控制端；功率控制模块包括第一电阻、场效应管、第二电阻和第三电阻，第一电阻的第一端与场效应管的栅极连接；场效应管的漏极与放大器的增益控制端连接；场效应管的源极接地；第二电阻的第一端与场效应管的栅极连接；第二电阻的第二端接地；功率检测模块包括第一电容、第一二极管、第二二极管、第二电容，第一电容的第一端与放大器的输出侧连接；第一电容的第二端与第一二极管的负极、第二二极管的正极连接 ’第一二极管的正极接地；第二二极管的负极与第二电容的第一端连接；第二电容的第二端接地；第二电容的第一端还与功率控制模块中的第一电阻的第二端连接。优选地，功率放大模块还包括第四电阻，所述第四电阻的第一端与放大器的增益控制端连接，第四电阻的第二端用于与偏置电路连接。优选地，功率控制模块包括第三电阻，场效应管的源极与第三电阻的第一端连接；第三电阻的第二端接地。优选地，第二电阻是可调电阻器或可变电阻器。相对于现有技术，由于本发明的功率放大装置中增加了功率检测模块和功率控制模块，构成了反馈控制回路，因此可以通过对放大器的负反馈控制，实现对输出功率的稳定和限制。而且，采用本发明的技术方案，一旦输出功率自动得到了限制，在射频应用中，限制的功率将不随频率而变，因此，本发明这种带保护的功率放大装置大大改善了系统的频率平整度。
图I是一种现有的功率放大装置的电路原理图；图2是本发明一种优选实施方式的功率放大装置的电路原理图。
具体实施例方式如图2所示，本发明一种优选实施方式的功率放大装置包括功率放大模块110、功率检测模块120和功率控制模块130。其中，利用功率检测模块120和功率控制模块130构成反馈控制回路，因此这是一种集功率放大、功率检测、功率控制保护为一体的功率放大装置。具体介绍如下功率放大模块110包括放大器PA，所述放大器PA包括输出端Pout、输入端Pin、电源端和接地端(未示出)和增益控制端Vc。优选地，功率放大模块还可以包括第四电阻R4，所述第四电阻R4的第一端与放大器的增益控制端连接，第四电阻的第二端用于与偏置电路连接。偏置电路用于为放大器的增益控制端提供控制电压。通过第四电阻R4为放大器PA提供控制电压Vc。放大器PA可以采用各种适合的放大电路，而且放大器PA由至少 一级放大电路组成，优选地，为获得更高的功率增益，放大器PA为多级放大电路。输入信号从放大器PA的输入端Pin流入，根据增益控制端Vc的控制电压，信号在被放大为预定倍数后，经输出端Pout传出。其中，放大器PA的功率增益与控制电压Vc成单调递增比例关系，即，控制电压Vc越高，放大器PA的功率增益越高。功率检测模块120包括第一电容Cl、第一二极管Dl、第二二极管D2、第二电容C2，第一电容Cl的第一端与放大器PA的输出侧连接。放大器的输出侧不仅可以是放大器的输出端，还可以是放大器后连接的匹配电路、滤波器、收发开关、天线的输出端。第一电容Cl的第二端与第一二极管Dl的负极、第二二极管D2的正极连接；第一二极管Dl的正极接地；第二二极管D2的负极与第二电容C2的第一端连接；第二电容C2的第二端接地；第二电容C2的第一端还与功率控制模块中的第一电阻Rl的第二端连接。第一电容Cl的作用是将输出端的信号耦合至功率检测模块，即，第一电容Cl将功率放大装置的输出交流信号耦合给第一二极管Dl和第二二极管D2。如图所示，第一二极管Dl和第二二极管D2的连接方式构成了整流电路，第 一二极管Dl和第二二极管D2将交流信号整流成直流电压Vd。第二电容C2为滤波电容，用于对整流电压Vd进行滤波，以使电压更加稳定。本领域技术人员可知，直流电压Vd与放大器PA的输出功率成单调比例关系，即输出功率越大，直流电压Vd越高。功率控制模块130包括第一电阻R1、三极管Ql、第二电阻R2，第一电阻Rl的第一端与三极管Ql的基极连接；三极管Ql的集电极与放大器PA的增益控制端连接；三极管Ql的发射极接地。第二电阻R2的第一端与三极管Ql的基极连接；第二电阻的第二端接地。在所述功率控制模块130中，三极管Ql的基极作为功率控制模块130的信号输入端，而三极管Ql的集电极则作为功率控制模块130的信号输出端作用于放大器PA的增益控制端。三极管Ql的发射极可以直接接地，但更优选地，功率控制模块包括第三电阻R3，三极管Ql的发射极与第三电阻R3的第一端连接；第三电阻R3的第二端接地，第三电阻R3用作限流电阻，以限制流过三极管集电极和发射极的电流，从而起到保护三极管的作用。第一电阻Rl和第二电阻R2将直流电压Vd进行分压，分压后的电压施加在三极管Ql的基极两端。当输出功率增大，导致三极管Ql的基极电压Vb超过Ql开启电压时，三极管Ql导通，从而使放大器PA得到的控制电压下降。放大器PA的输出功率也随之下降，直流电压Vd也将下降，从而实现了对放大器PA的输出功率的自动控制。优选地，所述三极管Ql为NPN型晶体管，晶体管的各种参数，例如特征频率、工作电压/电流、电流放大倍数、反向击穿电压等等均可以根据具体应用计算确定。各个电阻可以采用各种适合的电阻，例如碳膜电阻、金属膜电阻等。在本发明的功率放大装置工作过程中，功率检测模块120从功率放大模块110的输出端获取输出信号，经过整流、滤波处理后，将处理后的信号发送至功率控制模块130的输入端，功率控制模块130对所述信号进行处理后，产生了作用于功率放大模块110中放大器PA的增益控制端的反向控制信号，从而实现了对放大器PA的负反馈控制。在另一种具体实施方式
中，可以将双极型三极管Ql替换为金属氧化物半导体(MOS)三极管，即场效应管。具体地，所述场效应管可以为N型场效应管。即功率控制模块130包括第一电阻R1、场效应管、第二电阻R2，第一电阻Rl的第一端与场效应管的栅极连接；场效应管的漏极与放大器PA的增益控制端连接；场效应管的源极接地。第二电阻R2的第一端与场效应管的栅极连接；第二电阻的第二端接地。场效应管的源极可以直接接地，但更优选地，场效应管的源极通过起限流作用的第三电阻R3接地，即功率控制模块包括第三电阻R3，场效应管的源极与第三电阻R3的第一端连接；第三电阻R3的第二端接地。
综上所述，功率检测模块120和功率控制模块130构成了负反馈控制回路，这样的负反馈回路使放大器PA的输出得到稳定和保护。合理的调整和改变第一电阻R1，可使放大器PA的输出稳定在期望的功率上。通过控制或开关控制第一电阻R1，可以控制和改变放大器PA的输出功率。优选地，增加第三电阻R3，可使负反馈回路更稳定、更易受控。第三电阻R3以及上面提及的第四电阻R4均可以作为限流电阻。 优选地，为了使得整个功率放大装置的电路参数调节更加便捷，第二电阻R2可以是可调电阻器或可变电阻器。可调电阻器或可变电阻器的阻值变化范围可以根据具体应用在设计。在生产本发明的功率放大装置的过程中，除第二电阻R2外，所有器件都可集成在一个芯片内。外置的第二电阻R2可让使用者根据具体应用要求来灵活地设定输出功率，即，仅用一个管脚加一个外置接地电阻来控制输出功率，这不仅非常高效，而且应用简便，为芯片或模块的大面积普遍应用、推广提供了极大的便利。由于第二电阻是可变或可控的，这样输出的功率就可控或可按预定值设置。本发明提供的具有功率保护的功率放大装置包括功率放大模块、功率控制模块和功率检测模块三个模块。本发明功率放大装置的具体产品实现形式可以是分立器件，也可以是其中任意两个模块集成后与分立器件的组合，还可以是集成了三个模块及外置第二电阻的元件。上述实施方式仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。
权利要求
1.一种功率放大装置，其特征在于，所述装置包括功率放大模块、功率控制模块和功率检测模块，其中 功率放大模块包括放大器，所述放大器包括电源端、接地端、输出端、输入端和增益控制端； 功率控制模块包括第一电阻、三极管、第二电阻和第三电阻，第一电阻的第一端与三极管的基极连接；三极管的集电极与放大器的增益控制端连接；三极管的发射极接地；第二电阻的第一端与三极管的基极连接；第二电阻的第二端接地； 功率检测模块包括第一电容、第一二极管、第二二极管、第二电容。第一电容的第一端与放大器的输出侧连接；第一电容的第二端与第一二极管的负极、第二二极管的正极连接；第一二极管的正极接地；第二二极管的负极与第二电容的第一端连接；第二电容的第二端接地；第二电容的第一端还与功率控制模块中的第一电阻的第二端连接。
2.根据权利要求I所述的功率放大装置，其特征在于，功率放大模块还包括第四电阻，所述第四电阻的第一端与放大器的增益控制端连接，第四电阻的第二端用于与偏置电路连接。
3.根据权利要求I或2所述的功率放大装置，其特征在于，功率控制模块包括第三电阻，三极管的发射极与第三电阻的第一端连接；第三电阻的第二端接地。
4.根据权利要求I所述的功率放大装置，其特征在于，第二电阻是可调电阻器或可变电阻器。
5.根据权利要求I所述的功率放大装置，其特征在于，三极管为NPN型晶体管。
6.根据权利要求I所述的功率放大装置，其特征在于，所述放大器是单级放大电路或多级放大电路。
7.—种功率放大装置，其特征在于，所述装置包括功率放大模块、功率控制模块和功率检测模块，其中 功率放大模块包括放大器，所述放大器包括电源端、接地端、输出端、输入端和增益控制端； 功率控制模块包括第一电阻、场效应管、第二电阻和第三电阻，第一电阻的第一端与场效应管的栅极连接；场效应管的漏极与放大器的增益控制端连接；场效应管的源极接地；第二电阻的第一端与场效应管的栅极连接；第二电阻的第二端接地； 功率检测模块包括第一电容、第一二极管、第二二极管、第二电容，第一电容的第一端与放大器的输出侧连接；第一电容的第二端与第一二极管的负极、第二二极管的正极连接；第一二极管的正极接地；第二二极管的负极与第二电容的第一端连接；第二电容的第二端接地；第二电容的第一端还与功率控制模块中的第一电阻的第二端连接。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，功率放大模块还包括第四电阻，所述第四电阻的第一端与放大器的增益控制端连接，第四电阻的第二端用于与电源或偏置电路连接。
9.根据权利要求7或8所述的功率放大装置，其特征在于，功率控制模块包括第三电阻，场效应管的源极与第三电阻的第一端连接；第三电阻的第二端接地。
10.根据权利要求7所述是装置，其特征在于，第二电阻是可调电阻器或可变电阻器。
全文摘要
本发明公开的功率放大装置包括功率放大模块、功率控制模块和功率检测模块。由于本发明的功率放大装置中增加了功率检测模块和功率控制模块，构成了反馈控制回路，因此不但可以通过对放大器的负反馈控制，实现对输出功率的稳定和限制。而且，采用本发明的技术方案，一旦输出功率自动得到了限制，在射频应用中，限制的功率将不随频率而变，因此，本发明这种带保护的功率放大装置大大改善了系统的频率平整度。
文档编号H03F3/20GK102624344SQ20121008343
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者施钟鸣, 马骥 申请人:无锡士康通讯技术有限公司