[实用新型]一种温度自补偿的化合物半导体功率放大器

说明书

技术领域

本实用新型属于电子电路技术领域，涉及一种带温度自补偿功能的化合物半导体功率放大器。

背景技术

化合物半导体功率放大器在无线通讯、雷达探测等广泛应用。例如，砷化镓（GaAs）功率放大器被用于手机、移动终端中的信号发射部分。氮化镓（GaN）功率放大器被用于无线通信基站、相控阵列雷达等方面。

在这一类放大器使用等过程中，往往放大器的阈值电压往往会随着外部温度，特别是随封装外壳温度的变化而变化。阈值电压的变化会导致放大器的偏置状态变化，因而影响输出信号的特征。传统的解决方案是在放大器的外置电路中加入温度补偿的电路模块。例如CN106455230A的中国发明专利，公开了“一种具有分段温度补偿的线性恒流电源”，其通过使用多个电阻和晶体管，搭建温度补偿电路模块，来实现温度补偿。

传统的解决方案有一定的缺陷。其一，温度补偿电路通常需要一个温度变化作为输入，来确定补偿程度。这个输入温度通常是放大器封装外壳的温度变化。然而，这个温度和放大器半导体部分的温度变化是有差异的。其二，温度补偿电路的补偿率，和放大器实际变化量有区别。例如，可能补偿模块变化率为2 mV/摄氏度，而放大器本身变化3 mV/摄氏度。或者，放大器在20 – 50摄氏度范围内的变化率与50 – 80摄氏度范围内变化率不同，而补偿模块只能输出单一变化率。所以，补偿电路并不能完全等补偿温度对放大器的影响。其三，外置的温度补偿电路模块往往使用超过一个元件，增加了模块的体积和成本。

发明内容

针对化合物半导体功率放大器的温度补偿，为了克服现有技术中温度补偿模块对放大器温升感应不直接，温升补偿率与放大器需要有差异和电路复杂的问题，本实用新型提供一种混合封装的化合半导体功率放大器产品，将一个化合物半导体肖特基二极管与功率放大器置于同一封装外壳里面，仅使用这一个肖特基二极管，实现温度变化的原位（in-situ）探测以及完全匹配的温度补偿效果。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在同一个封装外壳里，封装一个化合物半导体功率放大器与一个化合物半导体肖特基二极管。该功率放大器使用砷化镓或氮化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）作为核心信号放大器件。上述肖特基二极管使用与HEMT中相同的金属与半导体材料(砷化镓或氮化镓)。如图1所示，肖特基二极管的正极与HEMT栅极相连，并连接封装外壳上的1号电极，从而可以与外围电路连接。肖特基二极管的负极与封装外壳上的2号电极连接。HEMT的源极与封装外壳上的3号电极相连。HEMT的漏极与封装外壳上的4号电极相连。1至4号电极可以与外部电路连接进行信号输入、输出以及阻抗匹配等功能。需要注意，本实用新型提供的结构并不适用于硅材料制作的功率放大器，特别是金属-氧化物-半导体（MOS）晶体管结构。

上述封装好的功率放大器中，当封装壳体内部温度发生变化，肖特基二极管势垒变化能够补偿HEMT器件阈值电压随温度的变化。温度变化导致肖特基二极管势垒变化，从而该二极管上的电压降发生变化。因而，肖特基二极管正极电压也会随着温度变化。由于二极管正极和放大器栅极相连，处于同一电压，所以栅极偏置电压会随着温度变化。

又由于二极管正极金属与HEMT栅极金属相同，肖特基二极管的半导体部分与HEMT的半导体材料相同。所以，上述二极管上的电压降变化和HEMT阈值电压变化方向和幅度也一样。HEMT阈值电压升高，肖特基二极管上的电压升高，HEMT栅极偏置电压也什高；阈值电压降低，偏置电压也降低。

本实用新型的有益效果是：其一，本实用新型利用上述肖特基二极管势垒变化和HEMT阈值电压变化匹配的特点，在全温度范围内自主密切跟踪HEMT阈值电压的变化，相应调整HEMT栅极偏置电压，达到使化合物半导体HEMT偏置状态的稳定，从而使总体放大器输出稳定。其二，本实用新型将匹配二极管放置于化合物半导体HEMT同一封装外壳里，能最贴近的检测放大器本身的温度变化。其三，本实用新型去除了外置温度补偿电路模块，并且仅使用一个元件实现温度补偿功能，因而减小了系统面积和体积。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型化合物半导体放大器的电路结构示意图；

图中1.信号输入电极，2.二极管阴极电极，3.化合物高电子迁移率晶体管（HEMT）源极电极，4.HEMT漏极电极，5.化合物半导体肖特基二极管，6.化合物高电子迁移率晶体管（HEMT）,7.统一的封装外壳。