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偏置電路與寬帶偏置電路（Bias-Tee） -----電感器比較與選擇 偏置電路： 偏置是電子電路設(shè)計(jì)中不可或缺的組成部分。偏置電路的作用是為晶體管或其他半導(dǎo)體器件提供一個(gè)穩(wěn)定的直流工作點(diǎn)，確保器件在最佳性能區(qū)域內(nèi)工作。 晶體管構(gòu)成的放大器要做到不失真地將信號(hào)電壓放大，就必須保證晶體管的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。通過外部電路的設(shè)置使晶體管的基極、發(fā)射極和集電極處于所要求的電位。這些外部電路就稱為偏置電路。 晶體三極管常用的共射放大電路如圖1。 
圖1 典型的（直流或低頻）偏置電路 以常用的共射放大電路為例，如圖1所示。當(dāng)是PNP型晶體三極管時(shí)，主電流是從發(fā)射極（e極）到集電極（c極）的Ic，偏置電流就是從發(fā)射極（e極）到基極（b極）的Ib。相對(duì)與主電路而言，為基極提供電流的電路就是所謂的偏置電路。這些外部電路，為發(fā)射極（e極）與基極（b極）之間（即發(fā)射結(jié)）提供正向偏置電壓；為基極（b極）與集電極（c極）之間（即集電結(jié)）提供反向偏置電壓。因此，偏置電路也可理解為，設(shè)置晶體管PN結(jié)正、反電壓的電路，偏置電路為晶體管基極（b極）提供的電流Ib稱為偏置電流。 上述偏置電路是在直流或者低頻率段應(yīng)用，有如下特點(diǎn)：穩(wěn)定性好、溫度特性優(yōu)良、調(diào)整方便以及能夠提供穩(wěn)定的工作點(diǎn)，使其在直流或低頻率段的應(yīng)用中能夠確保電路的可靠性和準(zhǔn)確性。 寬帶偏置電路： 對(duì)于射頻或者微波放大器，需要在一個(gè)高頻或者寬頻范圍內(nèi)工作，外部的偏置電路就需要增加寬頻及高頻的型號(hào)處理能力。 因此，寬帶或者高頻偏置電路則是在偏置電路的基礎(chǔ)上，增加了對(duì)寬頻尤其是高頻信號(hào)的處理能力，使其能夠適應(yīng)更高更寬的頻率范圍，這對(duì)于射頻和微波通信設(shè)備尤為重要。通過寬帶元器件選型和寬高頻偏置電路設(shè)計(jì)，可以有效減少信號(hào)失真，提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。
圖2.使用偏置三通的典型RF偏置 寬帶偏置三通設(shè)計(jì)具有一定的挑戰(zhàn)性。電子電路板（PCB）設(shè)計(jì)以及電感器和交流耦合電容器的選擇至關(guān)重要。尤其是伴隨射頻的頻率提高，目前的放大器的頻率性能指標(biāo)已經(jīng)從幾百M(fèi)Hz到達(dá)67GHz，乃至110GHz，這時(shí)的寬帶偏置電路中的元件的選擇至關(guān)重要，高頻下的寄生效應(yīng)會(huì)顯著影響偏置電路的性能，導(dǎo)致高頻下放大器的功率不達(dá)標(biāo)，常表現(xiàn)為增益響應(yīng)隨頻率下降或者在某個(gè)頻段衰減過大。圖2為放大器等芯片配置的典型RF偏置，提供電流通常通過電感器提供（圖2中的L1）。RF輸出通過交流耦合電容與該直流偏置隔離（圖2中的C2）。電感和交流耦合電容的這種布置通常稱為偏置三通。 因此，在寬帶偏置電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，寬帶電感器及寬帶電容器器成為寬帶偏置電路的關(guān)鍵核心器件。其中，根據(jù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)及匹配的芯片參數(shù)，寬帶電感器有多種結(jié)構(gòu)類型可供選擇，以滿足特定應(yīng)用的性能需求。匹配、諧振器和扼流圈是射頻電路中電感器的常見用途。匹配涉及消除阻抗失配并最大限度地減少電路塊（例如天線和射頻塊或中頻 (IF) 塊之間的線路中的反射和損耗）。諧振在合成器和振蕩電路中用于調(diào)諧電路并設(shè)置所需的頻率。 物理射頻電感器是非理想器件，包括寄生電阻、電感和電容，這些都是非線性和復(fù)雜的影響，會(huì)影響性能并導(dǎo)致需要在各種性能規(guī)格之間進(jìn)行權(quán)衡。如：更高的電流需要更大的導(dǎo)線或更多相同導(dǎo)線尺寸的股線，以將損耗和溫升降至最低。更大的導(dǎo)線會(huì)降低 DCR 并增加 Q，但代價(jià)是更大的零件尺寸和可能更低的 SRF。在額定電流方面，繞線電感優(yōu)于相同尺寸和電感值的多層電感。并且繞線電感器的 Q 值比相同尺寸和電感的多層電感器高得多。 通過使用匝數(shù)較少的鐵氧體磁芯電感器可以實(shí)現(xiàn)更高的電流容量和更低的 DCR。然而，鐵氧體可能會(huì)帶來新的限制，如電感隨溫度的變化更大、容差更寬松、Q 值更低以及飽和電流額定值降低。具有開放磁結(jié)構(gòu)的鐵氧體電感器即使在滿額定電流下也不會(huì)飽和。 一般可供選擇的射頻或者寬帶電感器有： （1）陶瓷芯貼片電感用于射頻和微波頻率通信設(shè)備中的窄帶濾波。它們提供非常高的 Q 和非常嚴(yán)格的電感容差最低低至 1%。比較適用于一定的帶寬范圍（一定意義上的窄帶）。 （2）鐵氧體或鐵芯貼片電感器是繞線射頻扼流圈，可提供隔離和寬帶濾波而不會(huì)導(dǎo)致磁芯飽和。頻率特性最高可達(dá)10G左右； （3）多層片式電感器可以提供低 DCR、高 Q 和高溫操作。陶瓷材料結(jié)構(gòu)可在高頻下實(shí)現(xiàn)高性能，多層工藝可提供廣泛的電感值。多層器件可以提供比薄膜或空芯版本更寬的電感范圍，但無法與線繞的電感范圍或電流額定值相匹配。 （4）空心電感器是繞線射頻扼流圈，可提供隔離和寬帶濾波而不會(huì)導(dǎo)致磁芯飽和。頻率范圍一般上限在6GHz左右，否則體積容易過大，不易和電路設(shè)計(jì)空間匹配。在給定的 EIA 尺寸中，它們提供最高的電感和最低的 DCR。 （5）錐形和寬帶電感器在很寬的帶寬內(nèi)具有高阻抗，相對(duì)沒有諧振，寄生電容小，電流處理能力強(qiáng)。通常采用飛線或表面貼裝封裝，單個(gè)錐形能夠替代寬帶偏置應(yīng)用中級(jí)聯(lián)的幾個(gè)窄帶電感器。繞線方式提供了高電流處理能力，磁性材料不會(huì)在某個(gè)頻段飽和徹底失效。這為寬帶通訊應(yīng)用提供了最佳的選擇。 |
