番外1:射频功放晶体管的重要参数
1、总览工作频率:晶体管正常工作的频率范围,图中1-2000M。最大输出功率:晶体管正常工作时所能输出的最大功率(一般指的是连续波状态下),图中1-2000M。Power Gain功率增益晶体管对射频信号的功率放大倍数,正常单管放大倍数为10-20dB,图中最高19dB左右。Drain Efficiency漏极效率输出功率与直流消耗功率之比,可以简单理解为功放的效率,图中典型值百分之33。功率附加
以MW6S004N的PDF手册为例!
1、总览
工作频率:
晶体管正常工作的频率范围,图中1-2000M。
最大输出功率:
晶体管正常工作时所能输出的最大功率(一般指的是连续波状态下),图中1-2000M。
Power Gain功率增益
晶体管对射频信号的功率放大倍数,正常单管放大倍数为10-20dB,图中最高19dB左右。
Drain Efficiency漏极效率
输出功率与直流消耗功率之比,可以简单理解为功放的效率,图中典型值百分之33。
功率附加效率PAE
输出功率先减去输入功率,而后与直流消耗功率的比值。实际设计中输出功率往往远大于输入功率,因此PAE近似漏极效率。但使用PAE描述功放效率更加准确,图中未提及,近似于百分之33。
IMD交调失真
主要考虑三阶交调。当两个信号频率f1和f2或多个信号频率同时通过同一个无缘射频传输系统时,由于传输系统的非线性影响,使基频信号之间产生非线性频率分量。这种现象被称为交调,或称互调。把非线性频率分量称为交调产物。这些交调产物如果落在接收频带内,又足够的强,则形成对基波信号频率的干扰,称这种干扰为无源交调干扰,或无源交调失真。
可以承受的输出失配能力
输出驻波比在一定范围内晶体管可承受,超过范围可能导致工作异常或晶体管烧毁,因此需要做好阻抗匹配,图中为5:1。
2、极限参数与热效应参数
Drain-Source Voltage漏源电压
漏极和源级之间的极限电压,在一般设计中源级接地,因此可以理解为漏极电压。
Gate-Source Voltage栅源电压
栅极和源级之间的极限电压,在一般设计中源级接地,因此可以理解为栅极电压,也就是晶体管的栅控制电压不可超过这个数值。
Storage Temperature Range储存温度
这个很好理解,晶体管宝宝需要一个温度适宜的家
Operating Junction Temperature工作结温范围
影响散热设计,散热设计非常重要,工作时芯片不能超过这个温度!!!
Thermal Characteristics热特性
热阻参数,一般的,接触热阻即:热交换的两个物体,当一个物体的热功率每变化1w,通过一定面积的热传导,而产生的物体温度的差值。在大功率设计中,热阻影响散热的设计,但是在一般设计中这个参数参考意义不大。
3、电气特性
关断特性
Zero Gate Voltage Drain Leakage Current零栅压漏极电流
零栅压时晶体管处于关断状态,此时漏极电流应该为0。但是由于材料等影响因素无法达到理想状态,因此零栅压状态下晶体管漏极可能存在微小电流。零栅压漏极电流越小越好。
Gate-Source Leakage Current栅源电流
理想晶体管控制端栅极与源级断开而不会互相影响,但是现实中在栅源存在压降情况下会存在静态电流。栅源电流越小越符合理想状态。
导通特性
Gate Threshold Voltage栅极阈值电压
高于此电压晶体管导通,低于此电压晶体管关断。
Gate Quiescent Voltage栅极静态电压
一般栅极电压都是由人为设定,此处可能是手册推荐栅极电压为2.7V。
Fixture Gate Quiescent Voltage (1)
不太理解含有,但是影响不大。猜测是实测中的栅极静态电压范围。
Drain-Source On-Voltage漏源导通电压
栅极加压状态下,漏极与源极之间的电压大于此数值后导通,可近似理解为漏极与源极之间的压降。
动态特性
Reverse Transfer Capacitance反向传输电容
在频率较低时可以看为反馈电容
Output Capacitance输出电容
在频率较低时可以看为输出的寄生电容,在频率较高时则要额外考虑封装的寄生电容
Input Capacitance输入电容
在频率较低时可以看为输入的寄生电容,在频率较高时则要额外考虑封装的寄生电容
4、典型应用时的特性
Input Return Loss回波损耗
回波损耗,又称为反射损耗。是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射,是一对线自身的反射。不匹配主要发生在连接器的地方,但也可能发生于电路中特性阻抗发生变化的地方。
5、重要图表
上图描述了在平均输出功率2W下的功率增益、回拨损耗、三阶交调、漏极效率参数
Gps:功率增益
IRL:回波损耗
IM3:三阶交调分量,单位dbc
η:漏极效率
上图描述了窄带条件下输出功率增益和漏极静态电流的关系。静态电流越小越偏向C类,在功率增加时存在增益扩张。静态电流越大越偏向A类。
上图描述了输出功率和交调之间的关系。可以看到在输出功率1W时三阶交调存在一个极小值,因此设计时选取输出功率1w可获得较好的交调性能。
上图描述带宽与三阶交调特性的关系。输入两个单音信号,在两个单音信号的频率相差太大时会出现较高的互调。
上图为输出的1db、3db、6db压缩点,设计时最大输出功率不应大于1db压缩点功率。
上图描述晶体管对CDMA信号进行放大时的邻道泄露比参数。邻信道功率比(ACPR)是用来衡量邻频率信道中的干扰量或功率量的标准。ACPR 常定义为邻频率信道(或偏移量)的平均功率和发射频率信道的平均功率之比。
上图描述的是温度对增益和漏极效率的影响。
上图为输出功率和功率增益的关系,可见在输出功率过大时功率增益会迅速下降。
上图为功率放大器的响应特性,S11和S21。
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