偏置电路设计全文(5篇)

第1篇：偏置电路设计范文

关键词：单片机；智能衣架；电路设计

衣架作为生活中的日常用品，具有巨大的消费市场。在服装店，衣架被大量使用。消费者在挑选或试穿服装时，衣架的位置会发生变化，由此会产生出具有商业价值的数据信息。衣架位置变化的数据信息表达了消费者的个人偏好与服装在消费市场的认可程度。借助智能衣架对消费者的消费数据加以采集和分析，可以掌握服装在市场的潜力，对于改进服装设计、营销具有一定的辅助作用。衣架作为支撑服装的直接工具，加以单片机后可以智能化采集到消费数据。当前市面上还没有出现同类产品。智能衣架的应用代表了技术的先进性。应用于服装店，实现了消费者与服装的紧密结合。借助数据分析可以明确消费者的喜爱偏好，服装营销可以为消费者提供导向型服务。服装设计与销售可以全面了解到消费者的喜爱，调整设计与销售策略。在当前智能技术被广泛应用的背景下，对于市场的分析更倾向于用数据说明，传统模式下销售情况统计费事又费力。而智能衣架的应用，不仅可以节省统计时间，数据也可以保证精确。

1电路的设计思路

电路的设计需要解决有效采集到消费者的数据。为此设计中需要将智能控制电路集成于衣架上，实现智能检测与数据处理，核心控制单元选择了STC89C52RC单片机。针对衣架状态的确认采用了压力传感器模块与角度传感器模块，电路中设计蓝牙模块实现与外界的数据通讯，并设有电源模块。智能衣架电路原理图如图1所示。电路的工作原理为：当消费者取拿衣架时，衣架上内置的角度传感器可以检测到角度的变化，传感器将信号传入单片机加以计数，用以记录此衣架服装被消费者翻动的次数。生成的数据记录表达为数据集A，数据体现出消费者对服装外观的主观感受。服装店统计一天内各个衣架上服装被翻动的次数，并加以排序，就能分析出此服装店中什么样的服装受到消费者的喜爱。如果消费者取下衣架上的服装，可说明消费者存在一次试穿行为。衣架上内置的压力传感器可以采集试穿信息，单片机可以统计试穿次数，数据加以记录，表达为数据集B。通常数据集B的数量会小于数据集A。服装店结合数据集A与数据集B，再结合服装店实际成交生成的数据集C，可以分析什么的服装可以让消费者第一眼看重，但是没有发生试穿行为；什么样的服装会刺激消费者的试穿行为，但是没有成交；什么样的服装哪些受到了消费者的喜爱且加以试穿，还实现了成交。结合数据分析，表明了服装店内不同服装的需求数据，数据的统计对于服装的设计、营销服饰发挥着重要的指导作用。单片机可以智能地将传感器获得的数据借助蓝牙模块传输到用户的手机，在终端APP可以实时查看数据，提高了店主分析消费行为的效率。

2电路的具体设计

2.1选择单片机

智能衣架的主控制芯片选择了单片机STC89C52，以实现对各种模块的控制。单片机STC89C52的特点是性价比高，易于设置，擦写周期达到了1000，程序存储器采用了三级加密，编程I/O端口可提供32个，还具有3个16位计数器，通信采用了全双工UART串行，提供8个中断源。单片机掉电模式保证了空闲低功耗，掉电后可以中断唤醒。单片机的电路原理如图2所示。

2.2选择压力传感器模块

智能衣架压力传感器模块选择了HX711。从衣架取下服装时，内置的压力传感装置可以采集到信号的变化。HX711压力传感器的有效范围是0-25kg，传感精度可以达到0.03-0.08%FS。智能衣架放置于服装店，服装挂上后，压力会发生变化，压力传感器可以测得压力的变化，信号可以传达到单片机，借助蓝牙模块将信息传送到用户的移动端。服装取下后，单片机可以记录被取下的次数。在服装被翻动后，每一次动作都会生成采集数据，采集到的数据会传到单片机，数据会被传送到移动端。

2.3选择角度传感器模块

智能衣架角度传感器模块选择了MPU6500。借助角度传感器模块可以检测到衣架上的服装被消费者翻动的数据。智能算法可以识别出翻动服装的消费者是否为同一人。角度传感器模块可以检测出衣架的角度变化。此模块的检测角度为0°—120°，此范围可覆盖95%以上的消费者行为。2.4选择蓝牙模块衣架的设计附加了蓝牙模块，可以将系统获取到的数据传递到终端。蓝牙模块4脚连接到5V电源，3脚连接到单片机TXD（11脚），4脚连接到单片机的RXD（10脚）。用户手机安装APP，手机蓝牙与衣架蓝牙连接，实现数据传输。

2.5选择电源模块

智能衣架的电源选择了可充电锂电池，作为供电电源，容量3000mA，外形尺寸10mm×24mm×48mm，体积小，可以持续待7天。

2.6终端显示

针对智能衣架的信息显示基于安卓系统了开发手机APP。手机蓝牙开启后，与衣架的蓝牙模块可以实现数据交换。用户借助手机可以看到服装被取下、被翻动的次数，还可以生成数据包下载在电脑上显示。

3软件的设计思路

智能衣架的软件设计结合了STC89C52单片机的特点与衣架的使用功能。传感器获得数据后要借助单片机完成处理。软件还要可以启动串口，对单片机加工的后的数据传输到用户移动端。在衣架位置发生改变时，移动端可以接收到数据，终端接收到的数据可以同步实现更新。软件的设计要考虑到服装发生晃动后，可以分析角度传感器对角度的检测数据，移动端可以获得信息。在服装被取下，压力为零；服装被晃动，压力传感器能实时将数据传递到移动端。因此需要将服装的状态变化变为数据，还要借助蓝牙将数据传输到手机的APP，显示出衣架的数据。本次设计中将衣架的控制程序分为多个部分。系统上电后完成初始化数据加载，依次启动单片机、压力传感器、角度传感器。系统处于启动状态。系统可以随时感知到压力、角度的变化。系统的功能包括传感器的数据采集，衣架的数据显示，衣架状态变化的数据统计分析。软件的程序设计结合了传感器对衣架状态的感知，是否满足衣架位置条件的变化。将采集到的数据与用户设定的数据加以比较，分析判断数据的变化是否高于数据设定的限值，如果超出设定的数值，衣架会记录数据。手机APP可以同步显示数据的变化。手机的功能显示部分可以实现衣架的数据变化。此外，用户可以设置系统参数，可以将数据的显示模式加以选择。显示部分充分结合了服装店的实际，界面体现出友好的人机交互。晾衣架控制系统考虑了消费者选择服装时的状态。模式可以设定为手动、自动、定时、预约等四种不同的模式。在手动模式开启后，用户可以选择压力传感器、角度传感器。压力传感器或角度传感器可以不介入衣架的状诚控制。在自动模式启动后，衣架的状态完全由传感器控制，传感器可以自动完成数据的分析。在外界条件不能保证预设条件时，单片机的功能可以停止。借助手机终端再次设置，可以选择手/自动模式。因此，本次软件设计充分考虑到衣架在服装店的功能性。软件的设计结合了消费者在挑选服装时的行为，借助传感数据的分析，以获得数据，分析数据。

4总结

衣架采用本设计的电路，在消费者挑选服装时，衣架内容的角度传感器会获取的信息，衣架状态的变化，可以理解为是消费者对服装存在吸引力的数据；消费者取下服装后，衣架内的压力传感器会感知到压力的变化。此时的压力值输出值接近于零。单片机记录了消费者试穿服装的数据。传感器可以将衣架的数据变化传达到单片机，数据被记录。经过单片机对数据处理后借助蓝牙模块可以发送到服装店主的手机端，店主通过手机APP可以随时查看服装的状态变化，结合对数据的分析，店主可以清晰感知到服装对消费者的受欢迎程度，可以更加确切直观地了解到消费者的需求。对服装设计者，可以起到指导的作用。对于服装销售者，可以借助数据分析明白消费者的喜好，营销更有针对性。因此智能衣架的电路设计具有很强的实用性。

5结束语

智能衣架的设计应用于服装店可以记录消费者的行为。设计中结合功能的实现选择了单片机、压力传感器、角度传感器、电源以及显示终端。此外，结合衣架的功能设计了软件，保证了衣架的智能化。此类衣架的应用有利于为服装的设计与营销创造有利条件。

参考文献

[1]侯婷婷.便携式烘衣架,让你想洗就洗[J].家用电器,2017(11):86.

[2]邓旭成，莫慧芳.一种智能衣架的可隐藏设计[J].科技资讯,2018,16(2):92-93.

[3]贝佳豪,沈茜.基于Arduino与Android的智能衣架设计[J].软件工程,2018,21(1):31-34.

第2篇：偏置电路设计范文

1.1概述

红外探测器驱动电路为红外探测器(以下简称“探测器”)工作提供必须的工作电源、偏置电压、时序电路等，同时完成对探测器模拟信号的读取和预处理。

1.2探测器驱动电路设计

1.2.1探测器供电设计探测器所需的三个供电电源分别为VDDA、VDDO和VDDD。空间环境对电源的可靠性、体积、重量等参数都有着苛刻的要求，为了减小电源的输出波动和开关带来的噪声，采用体积小、重量轻、抗干扰性强的LDO(MSK5101)直接给探测器供电。探测器驱动电路工作温度范围为－20～+50℃，此范围内该LDO温漂为1.4mV，满足探测器使用要求，同时该芯片输出电流可达1.5A，

1.2.2探测器偏置电压设计探测器有7个直流偏置电压，分别为GPOL(0.5～2V)、VPD(1.7～4.2V)、3.1V外部偏置(VR、VREF、VSREF)、2.5V外部偏置(VSWSREF、AJTREF)。这些偏置电压对噪声非常敏感，输入电压的波动会给探测器输出信号带来较大影响。为了保证探测器输出信号的稳定，须保证探测器偏置电压的稳定，同时尽量减小噪声。设计时，选用低噪声、低电压调整率的LDO产生一个稳定的电压V1，通过高精度的分压电阻从V1分得所需电压V2。为了增大驱动能力，同时起到隔离作用，将电压V2通过低噪声、高共模抑制比的运算放大器AD843(该运放在10Hz～10MHz带宽内噪声均方根为60μV，可满足探测器对偏置电压噪声均方根的要求)进行缓冲，得到电压V3供探测器使用。

1.2.3探测器输出信号阻抗匹配设计探测器输出模拟信号的典型负载要求为:R≥100kΩ，C≤10pF。在设计时，选取的运放(AD843)输入阻抗可达1010Ω，输入电容为6pF，可满足探测器的负载要求。

1.2.4中心电平平移及差分传输设计探测器输出信号动态范围为1.7～4.2V，中心电平为2.95V，而A/D芯片对输入信号中心电平的要求为0V。为了满足A/D芯片对输入信号的要求，在驱动电路上对探测器输出信号进行中心电平平移。红外信号属于小信号，易受到复杂的空间干扰影响，这种影响对于单端信号影响较大。当采用差分电路设计时，正负两路信号会受到相同的影响，但其差值ΔU=V+－V－变化较小，可减弱这种影响，因此采用差分传输设计。

1.3低噪声设计与改进

为了对设计的电路性能进行评估，使用数据采集软件采集探测器输出的信号并通过MATLAB对其进行分析。探测器驱动电路与系统联调，采集35℃时黑体数据并分析，发现约有15个DN值波动(幅值为7.3mV)。此时系统数字噪声均方根为2.7mV，NETD为65mK。为了降低噪声，在探测器驱动电路的供电入口、信号传输的关键路径等位置加上滤波措施(如大容量钽电容等)。重新采集图像数据并分析，测得此时DN值波动约7个(幅值为3.4mV)，为了降低噪声，在探测器驱动电路的供电入口、信号传输的关键路径等位置加上滤波措施(如大容量钽电容等)。重新采集图像数据并分析，测得此时DN值波动约7个(幅值为3.4mV)

1.4空间环境适应性设计

1.4.1降额设计降额是使元器件使用中的应力低于其额定值，以达到延缓参数退化，提高使用可靠性的目的。探测器驱动电路工作于空间环境中，为了保证其安全性和可靠性，在设计过程中对元器件的参数进行了降额设计。

1.4.2抗单粒子锁定设计探测器驱动电路工作于空间环境中，CMOS器件中的晶体管结构很容易受到空间高能粒子冲击，进而引发单粒子锁定效应(SEL)。发生SEL后，CMOS器件锁定区的电流将会大幅度增加，形成SEL异常大电流，进而影响电路的正常工作。为了防止SEL的发生，在电路设计时采取以下措施:

a)运放芯片(AD8138/AD843)的供电端串联限流电阻;

b)选用具有输出限流功能的MSK系列LDO芯片;

c)选用抗辐照器件;通过降额设计与抗单粒子锁定设计，保证了驱动电路工作的可靠性和空间环境适应性。

1.5性能检测

保持相同的光学、摆镜和数据采集设备，分别使用本文设计的探测器驱动电路和某型探测器驱动电路采集黑体图像数据并分析。在国产探测器均匀性、一致性与进口探测器有一定差距的情况下，通过改进探测器驱动电路，最终在性能指标上赶超了某型探测器驱动电路。证明该方案设计实用、有效。通过与系统联调，该探测器驱动电路工作稳定、可靠，可满足空间要求。

2总结

第3篇：偏置电路设计范文

引言

自1990年以后，表面等离子共振技术作为一种新技术被应用于传感器芯片核心设计环节，且以二硫化钨纳米薄膜覆盖层增强型表面等离子体共振传感器的电路设计和应用，以其大表面面积、高折射率、独特光电性能，极大地提升了传感器的灵敏度和性能。除此之外，以二硫化钨等离子共振传感器为代表的，折射率范围1.333-1.360间的线性相关系数99.76%；加之其保护金属膜免受氧化、共振波长区域的可调谐性、生物相容性、蒸气能力和气敏性等效果，成为应用领域的热点设计项目之一。故此，现就表面等离子共振传感器系统电路设计细节分析总结如下。

1表面等离子共振传感器系统电路设计概述

以表面等离子共振电感传感器为例，表面等离子共振（SPR）是一种物理现象，（SurfacePlasmonResonance,SPR）当入射光以临界角入射到两种不同折射率的介质界面（比如玻璃表面的金或银镀层）时，可引起金属自由电子的共振，由于共振致使电子吸收了光能量，从而使反射光在一定角度内大大减弱。最具代表性的检测构件LDC1000为例，其工作原理为电磁感应原理。线圈中+交变电流=产生交变磁场，金属物体入磁场在金属物体表面产生涡流。涡流电流（感应电磁场）与线圈（电磁场）电流方向相反。涡流与金属体磁导率、电导率、线圈几何形状和尺寸、头部线圈到金属导体表面的距离等参数相关。

2电路设计优势分析

主要设计为等效并联电阻，且以Ls=初级线圈的电感值，Rs=初级线圈的寄生电阻。L(d)=互感，R(d)=互感寄生电阻，d=距离函数。初级设计中，将交流电+单独电感(初级线圈)=交变磁场=大量能耗。为达到节点目的，将电容并联在电感上，降低耗损并限定在Rs和R(d)上，直接计算出d。电路设计在期间充当检测串联电阻和并联电阻的功能。主要应用优势表现为，16位共振阻抗、24位电感值，亚微米级高分辨率；免受油污尘土等非导电污染物影响，可靠性更高；允许传感器远离电子产品安放，灵活性更高；低成本传感器及传导目标，无磁体成本消耗；金属薄片或导电油墨压缩支持，为系统设计带来无限可能；系统功耗<8.5mW，待机模式下功耗<1.25mW；以电感数字转换器，实现了运行位置和动作传感的全新转换方式。

3表面等离子共振传感器系统电路设计细则

3.1驱动电路设计图

化学传感器引脚对电极（Cnt）和参比电极（Ref）进行稳定性参考，通过恒定位仪电路确保两个电极的电势差恒定，保证传感器有效工作。传感器工作电极（Sens）在此背景下，以输出微弱电流，经电流转电压电路转换成电压信号后，经滤波器滤除无用交流干扰信号，得到稳定电压值。调节放大倍数，将电压变化范围限定在0到3.3V的范围内，实现单片机进行AD采集。LD与监测二极管是集成元器件，流入LD的电流经过APC电路的预偏置电流。APC电路通过电流负反馈电路抑制由于温度变化、器件老化等引起光功率变化。APC电路部分采用背向光反馈自动偏置控制方式，即用半导体激光器组件中的PD光电二极管监测LD背向输出的光功率。因为背向输出光功率能跟踪前向输出光功率的变化，通过闭环控制系统就可以调节激光器的电流，达到输出稳定光功率的目的。

3.2恒电位仪电路设计图

恒电位仪电路设计此前采用>30个分立功率三极管，极容易损坏。故此，在电路设计中，拟采用2个可输出电流±3.5ATDA2030系列运算放大器做恒电位仪功放级。同时为避免跳线，还设计了加偏离压和不加偏压时的电焊线设计。具体如图1所示。跳线：不加偏压，开路跳线，焊接J177；加偏压（+300mV），短路跳线，去掉J177。

3.3电流转电压电路设计

电流Ii流过电阻R，电阻R两端产生电压U，运放741对U进行差动放大。接-15V可调电阻调零，以消除电路的零点误差。另一可调电阻调满度（调放大倍数）用。具体原理为——电流信号转换成电压信号，根据欧姆定律，电流流过电阻时会有电势压产生，而且有线性关系。具体电路设计图如图2所示。

3.4多电平PWM逆变电路谐波分析与输出滤波器设计

高次谐波问题是PWM（脉冲宽度调制技术）控制所固有的，也是中压大功率多电平变频驱动装置中的主要问题。通过合理设计滤波器，降低电机绝缘要求，提高载波频率和增加输出电压电平数来减少高次谐波，简单经济。RLC低通滤波电路元件参数简化公式，设计出了具有兼顾基波损耗、电流谐波、有功损耗等要求的滤波器，使变频器输出电压的高次谐波抑制较好。

4传感器电路设计关键技术

在设计层面，主要就两电极和三电极进行设计，内容包括感应电极(S)，参考电极(R)，计数电极(C)。传感器有氧化反应还原反应下，以CO、H2S、SO2、H2、HCL、HCN、ETO、NH3等为还原性气体正输出，NO2、Cl2、O3、HF为，氧化性气体负输出。传感器工作中受温度，湿度，压力等影响不等，做好各种补偿至关重要。传感器灵敏度受生产厂家、生产型号、同一气体灵敏度差别影响，针对信号差别较大时两种传感器禁止直接替换的。一旦电路开发用传感器信号小，大信号传感器直接需考虑量程问题。量程不变，情况下，大信号传感器替换小信号传感器，需改变放大电路。使用中关注纠正灵敏度的漂移和损失问题。基于此，在传感器的开发中，就需要推荐电路，正反应、负反应、传感器信号大小、放大程度上进行鉴别。针对电极传感器储存过程中感应电极（S）、参考电极(R)稳定零点电流短路问题，需在接入电路前拿掉弹簧。电路设计中，在S、R间加J型场效应管（J177），以便于通电后及时进入检测状态。针对传感器工作偏置电压中的NO、ETO电路，在S和R之间无需短路。其他研究中证实，改进振动能量收集接口电路，即相位可变开关电感电路.相比于标准能量收集电路、同步开关电感电路，本电路具有更宽的振动频率响应，使得在环境振动频率远离共振频率时，整体装置仍保持高能量收集效率。采用永磁铁提供静态偏置磁场简化了硬件电路，以STM32嵌入式处理器为控制核心，结合锂电池供电，实现了系统硬件的小型化和低功耗;设计采用了SD卡本地存储和低功耗蓝牙无线传输的数据处理方式，并结合上位机进行命令的控制和数据传输。实验表明，检测系统可使磁弹性传感器在不同环境中完成共振频率的测量。根据Kretschmann型表面等离子共振传感系统需要设计，实现基于C51单片机，包括上位机、4×4键盘和1602液晶功能等多种用户交互方式的硬件控制系统。FPGA主控芯片选择XC6SLX25，ADC选择AD7960芯片(18bit，5MSPS)。经试验验证，制作的样机可以同时采集三路输出信号，并实时处理传给上位机显示。测得陀螺共振频率稳定在349.89kHz，上下波动范围8Hz，参考端输出电压峰峰值的均方差为0.004V。

5结束语

通过对以二硫化钨等离子共振传感器为代表的，折射率范围1.333-1.360间的线性相关系数99.76%；加之其保护金属膜免受氧化、共振波长区域的可调谐性、生物相容性、蒸气能力和气敏性等效果的电路设计分析，在提升传感器性能上，推广价值明显。

参考文献

[1]钟方亮,陈进军.主动激励触觉传感器特性分析[J].传感器与微系统,2019,38(11):19-22.

第4篇：偏置电路设计范文

【关键词】功率放大器；偏置电路；静态电流；温度补偿

随着我国对北斗卫星通信产业的进一步投入和推广，北斗用户机作为北斗导航系统的重要组成部分引起了广泛关注[1]。功率放大器是北斗用户机中必不可少的一部分，其性能的好坏直接影响到北斗用户机的性能，因此其电路结构和芯片的选型非常重要。LDMOS功放管具有增益大、输出功率高、线性度良好、低成本、高可靠性等优点[2]，因此成为功率放大器设计的首选器件。然而LDMOS的静态电流会随着温度变化而变化，这对功率放大器的增益、饱和输出功率等参数都有很大影响，在高温环境下，这些参数的变化甚至会导致功率放大芯片损坏，因此设计一种针对LDMOS的温度补偿电路对功率放大器的性能至关重要。

1功率放大器设计

在北斗用户机的功率放大器的应用中，功率放大芯片的选取非常重要，除了要求功放芯片在北斗频率上能够达到要求的功率外，还有考虑最大容许工作电流、最大耗散功率、芯片的结温度等因素[3]，并且要留有足够的余量。本设计在北斗频率上要求最大输出功率在10W以上，工作温度大于75℃，经过比较，最终选取HMC308和HMC454为驱动芯片，以英飞凌公司的LDMOSFETPTFA220121M作为功率放大芯片设计一款北斗用户机功率放大器。合适的静态工作点不仅能保证芯片的正常工作，还会影响功率放大器的最佳匹配负载、效率等参数[3]，因此选择正确的静态工作点是设计电路的第一步。由datasheet可知，PTFA220121M的偏置电路中栅极电压为2.5V左右，漏极经过一个四分之一波长线接+28V，常温下功率放大器工作的静态电流为150mA。为了向负载传输最大功率，需要在电路中加入匹配网络，使得负载阻抗等于信号源阻抗的共轭，此外，匹配网络还决定着放大器的驻波比、功率增益、1dB压缩点等指标是否满足设计要求。在PTFA220121Mdatasheet中读取出在1616MHz处的输入输出阻抗，利用ADS软件对芯片做输入输出匹配电路，使得功率放大器的功放管工作在趋近饱和区[4]。由于在北斗频点上采用微带线做匹配电路，电路的面积会非常大，所以电路的匹配采用集总器件做匹配电路.对电路PCB进行加工并测试得到其小信号增益为42dB左右，饱和输出功率在10W以上。在高低温箱内放置两个功率放大器，以20℃为步进，测试每个功率放大器在-45℃～75℃时的特性，使功率放大器在每个温度下保持30分钟后，测得两个功率放大器PTFA220121M的静态电流分别为I1、I2，饱和输出功率分别为P1、P2，画出四个参数随温度变化的曲线，如图1所示。分析数据可知，随着温度的升高，功率放大器的静态电流增加了50mA，即功率放大器在-40℃～75℃内的工作点具有正温度系数，得出温度对功率放大器的饱和输出功率一致性有很大影响。在测试过程中，在没有加激励的情况下，当温度升高到75℃时，功率放大器加电瞬间芯片损坏。功放芯片的结温度和工作环境温度及芯片本身的功耗有关，当温度升高时，芯片的静态电流增加，使得芯片的功耗增加，这两个因素同时增大使得芯片的结温度超过其能承受的最大温度，故而损坏，而北斗用户机实际的工作温度要求能承受75℃，所以要降低芯片在高温下的静态电流来保护芯片。为了保证功率放大器各性能的稳定，在功放芯片的偏置电路中加上温度补偿电路，使栅极电压随温度的升高而降低[5]，保证芯片的静态电流在各个温度下的恒定，从而提高功率放大器性能的一致性。

2温度补偿电路设计

功率放大芯片在工作点附近通常具有正的温度特性，即在一定的栅压下，当工作温度升高时其静态电流升高，当工作温度降低时静态电流降低[6]。由图1的实验结果可知，工作温度的升高使得最大输出功率的波动很大，本设计通过在偏置电路加一个电压补偿网络实现温度的补偿[7]。温度补偿电路采用了温度传感器LMT84，封装大小为2.4mm*2.2mm，其输出电压随着温度的升高而降低。将LMT84的输出端与PTFA220121M的栅极经过电阻相连，通过分析实验数据来分配电阻值，使得温度升高时栅极电压下降，计算得到静态电流下降的幅度正好抵消静态电流增加的幅度，从而保证芯片的静态电流不随温度变化。对两个功率放大器做如下处理：在PTFA220121M栅极和地之间接上屏蔽电缆，在非接地电缆的另一端接电位器。将它们放入高低温箱内，温度设定为-45℃～75℃，每20℃一个步进，功率放大器在每个温度下存储30分钟，测试各个温度下PTFA220121M的静态电流。通过调节电位器的阻值使得PTFA220121M的静态电流在各个温度下保持在150mA，用万用表测试出对应温度下栅极的电压，测试结果如图2所示，得出电压随温度变化的斜率为1.25。温度补偿电路如图3所示，PTFA220121M栅极电流为1uA，为了使芯片栅极电压的波动对A点电压影响足够小，选取电阻时保证流过R1的电流I1为50uA左右。LMT84的最大输出电流为50uA，I2取值为40uA。根据叠加定理，电路中各器件之间的关系满足等式(1)、(2)、(3)、(4)，其中UA1、UA2为图2直线中0℃和20℃对应的电压值，UB1、UB2为LMT84工作曲线中的0℃和20℃对应的电压值，计算出各个电阻值，取标称值为：R1=30kΩ，R2=18kΩ，R3=13kΩ，R4=20kΩ。电路设计时要求温度不变时UA1的变化范围为ΔV=±10mV，供电电压为U，为了求出补偿电路中所选电阻和电源芯片输出电压的精度，对等式（2）中UA1在R1=30kΩ、R2=18kΩ、R3=13kΩ、R4=20kΩ、U=5V处对R1、R2、R3、R4、U求偏导数，计算得出ΔR1=±0.8%R1，R2=±1%R2，R3=±3%R3，R4=±60%R4，ΔU=±9%U。由计算结果可知，R1的变化对UA1的影响最大，所以要求其精度最高，由于市面上常用的贴片电阻最高精度是±1%，所以取R1=(30±1%)kΩ。R4的变化对UA1的影响很小，对其精度几乎没有什么要求。电路中供电芯片选用的是LDO，其输出电压精度在±1%，满足设计要求。最后确定电阻值为：R1=(30±1%)kΩ，R2=(18±1%)kΩ，R1=(13±1%)kΩ，R4=(20±10%)kΩ。

3实验结果和数据分析

加入温度补偿电路的功率放大器实物如图4所示，其中每个芯片和改进前功率放大器用的芯片都属于同一批次，常温下对功率放大器进行测试，输入1616MHz信号，功率大约为0dBm，测试得静态电流为150mA，加电200ms测试出功率放大器的最大电流为650mA左右，最大输出功率10W以上。将两个功率放大器放在高低温箱内，按照以20℃为步进、每个温度下存储30分钟的方法测试-40℃～75℃下的静态电流，得出静态电流I11、I22和饱和输出功率P11、P22随温度变化曲线如图5所示，可以看出同一个功率放大器在不同温度下的静态电流变化很小，饱和输出功率的一致性也有明显改善，并且功放芯片没有损坏现象。

4小结

本温度补偿电路设计简单，易于实现。将改进后的功率放大器用在北斗用户机中，经大量测试显示，加入温度补偿电路后，温度在-40℃～75℃时，功率放大芯片的静态电流基本一致，增益均在40dB以上，饱和输出功率均大于10W。这说明，该温度补偿电路对功率放大器在不同温度下的静态电流有很好的补偿作用，从而成功避免了因温度变化而导致芯片损坏情况的发生。

参考文献

[1]陈淡,郑应航.基于蓝牙技术的北斗终端通信模块的设计[J].现代电子技术,2013(23):16-18.

[2]崔庆虎,刘平.基站功率放大器的设计与仿真[J].电视技术,2012(17):82-85

[3]杨树坤,李俊,唐剑平等.LDMOS微波功放器设计[J].电子与封装,2014(4):18-21.

[4]韩红波,郝跃,冯辉等.LDMOS线性微波功率放大器设计[J].电子器件,2007(2):444-449.

[5]BELLANTONIJohn.BiastechniquesforGaNandpHEMTdepletionmodedevices[EB/OL].[2014-06-17].www.triquint.com/appliations/defense/gan-products.

[6]耿志卿,曹盼,陈湘国等.一种应用于功率放大器的高精度温度补偿电路设计[J].现代电子技术,2015(3):137-140.

第5篇：偏置电路设计范文

关键词：集成模拟乘法器；调幅电路；PSPICE子电路模型；四象限

引言

自改革开放以来，我国经济与科技迅速发展，渐渐地以网络取代书信的方式进行沟通与交流，给人们带来了极大的方便，不需要快马加鞭，一通电话即可解决问题。近年来，在现代科学技术中，传送信息的信号出现了问题，传送信息过程中只有输送高频信号才可以输送成功，而电路通常发出的信号为低频信号，为了解决该问题，研究中加入振幅调制电路可有效缓解，故通过该系统的调制和解调过程来设计电路。

1调幅电路理论知识

1．1调幅电路的基本概念

调幅电路也就是人们通常讲的中波，它的范围通常在530－1600kHz之间上下浮动，浮动的范围不超过这个区间。调幅实际上是一种电信号，将声音的高低变化变化为幅度，通常它传输的距离可以达到很远，但是极易受天气因素的影响而造成传输距离出现改变，目前调幅电路应用于简单的通信设备当中［1］。

2集成模拟乘法器的调幅电路基本原理

2．1模拟乘法器的原理

模拟乘法器的原理指的是对两个模拟信号（电压或电流）实现相乘功能的有缘非线性器件。它实际上是指两个本来毫无关系的信号通过模拟乘法器进行相乘运算，也就是输出信号与输入信号相乘的积成正比。模拟乘法器有两个输入端口，分别是X输入端口以及Y输入端口。模拟乘法器特有的两个输入信号的极性各有各的不同，模拟乘法器坐标平面利用的是X轴与Y轴，将平面直角坐标系分为四个象限，其中，当信号仅靠某个极性电压才可以进行工作时，那么该模拟乘法器成为单象限乘法器；若信号中的一个可以使用两种电压，两种电压分别为正电压以及负电压，而信号当中的另一个仅可以工作于一种电压，那么该模拟乘法器称为二象限乘法器；两个信号均可以适应四种极性组合时，该模拟乘法器成为四象限乘法器［2］。通过电路原理表达式对模拟乘法器进行了一系列测试。模拟乘法器及测试电路，如图1所示。

2．2乘法器调幅电路的模拟与实现

通过图1的一系列测试之后，将电路的正负电压设置为12V，向其中输入正弦信号，输入X轴的电压频率为500kHz、幅值为3V；Y轴电压频率为20kHz，幅值为0．1V。经过PSPICE电路模拟电路得出的模拟结果，如图2所示。

3集成模拟乘法器的调幅电路架构分析

3．1调幅电路的构成及说明

该调幅电路采用的是基于集成模拟乘法器的方式构建电路，其中集成模拟乘法器的型号为MC1496，构建过程中集成模拟乘法器MC1496采用的电路为双边带振幅调制电路（DSB－AM），该电路的供电方式采用的是双电源供电方式，极大程度的减少因供电不足而引发的一系列问题，也可以在电路中设置芯片的基极直流电流，以此来保证集成模拟乘法器在运行过程中可以工作于线性动态范围，该过程会出现反馈电阻，该电阻在电路中起到提供偏置电压的作用，线性范围会随着反馈电阻的增大而增大，但随之而来的是集成模拟乘法器的增益减小。为了保证晶体管的放大状态，乘法器的各管脚应保持在U1＝U4，U8＝U10，U6＝U12的电流状态，MC1496构成的双边带振幅调制电路，如图3所示。根据图3中的电阻元件以及电容元件的数值，得出了静态下偏置电压的准确数值。其中偏置电压的数值，如图4所示。根据结果所示，该电路无论是温度的改善情况还是载波信号的抑制过程都具有较好的性能。

3．2创建PSPICE子电路模型

为了集成模拟乘法器可以供系统设计人员更好地使用，特别创建了PSPICE子电路模型，当系统设计人员需要使用集成模拟乘法器时，像使用普通器件一样直接从PSPICE的模型数据中调用创建成功的子电路模型即可，该子电路具有生成电连接网表文件以及子电路模型描述文件的功能，还可以将其本身添加到PSPICE的数据中，并且在其中建立属于自己特有的器件符号，SUBCKT是该电路的关键词，子电路的名称叫做Mu1tiplier。Mu1tiplier器件符号［3］，如图5所示。该子电路模型还可以对模型库进行配置文件，方便系统随时调用子电路模型。库文件配置窗口，如图6所示。

3．3子电路实际应用

“立方器”电路设计“立方器”电路设计实际上是将两个集成模拟乘法器串联在一起，即可形成简单的立方器，该乘法器的子电路模型在Capture中调用的立方器电路。调用子电路的立方器电路，如图7所示。该电路设计采用的图1的原始电路图，电路中设计的重复单元采用子电路，有利于降低设计过程中出现的失误问题，也可以减少设计的时间，该电路的设计对集成模拟乘法器的调幅电路系统研究过程有重要意义。

4集成模拟乘法器的调幅电路硬件设计

4．1模拟乘法器／模拟除法器

该设计比较常用，实现了模拟乘法器以及模拟除法器一体化形式，该电路将A1、A2、A3设计为对数放大器、将T1、T3上的be结串联在一起，即可形成加法运算装置，当A1、A3输出之后将对反对数放大器A4起驱动作用，从而产生Vx与Vy之积，将得出的乘积称为V0。在保证对数放大器稳定反馈的同时，保护二极管中的对数晶体管不受损伤。模拟乘法器／除法器电路［4］，如图8所示。

4．2四象限模拟乘法器电路

该电路设计的目的是为了解决因晶体管具有的单向导电性所造成的放大器只能输入正负电压的问题，仿照三极管放大交流信号的方式给放大器加入偏置电压，这样的方法使晶体管即使输入的电压信号为负电压，也可以保证晶体管正向导通，从而完成电路运算模式。该电路中的R5、R6、R7等符号皆表示电阻信号，其作用是调整零位以及当幅度显示已满，及时将其结果输出，此步骤对于系统能否制作出高密度的精准模拟乘法器至关重要。四象限模拟乘法器电路［5］，如图9所示。

5集成模拟乘法器的调幅电路实际运用

5．1模拟乘法器的调幅电路仿真分析

集成模拟乘法器正常调幅电路使用过程中可以看出高频率载波信号的振幅是随着调制信号变化过程中不断上下浮动而变化的，变化的规律周期近乎相同，将高频率的载波信号振幅变化规律设置成与低频信号相同，可以加强信号的频率幅度，从而实现信号的幅度调制，而调幅变化的过程中，波形也随之变化，通过仿真开关即可看出调制状态。集成模拟乘法器正常调幅电路，如图10所示。集成模拟乘法器平衡调幅电路仿真分析过程中可以看出，正常调幅电路的直流电压为0时，即可实现平衡调幅电路，该电路的波形不同于正常调幅电路，有着自己独特的特点，当该电路进行调幅过程后，载频两侧的上下边频振幅相等，平衡后的信号中不含有载波信号。

5．2模拟乘法器的调幅电路实时监控

通过上述分析得知，想要设计出好的集成模拟乘法器的调幅电路系统，还需要从如下4个方面对电路进行实时监控。

5．2．1对数晶体管的电流限制集成模拟乘法器的调幅电路系统应具有极高的准确性，才可以被大众所接受，想要实现电路系统的精准度，需要将电压与电流形成对数关系，限制晶体管的电极电流的数值，将电流限制在1nA～1mA这个范围内，即可保证乘法器的精准度。双极性晶体管有两个PN结，它具有反向偏置电压，当电压过大时可造成反向击穿的危险现象，影响其对数性能，此时，应采取加入二极管的有效措施，避免发生更大的损害，从而影响系统的研究方向。

5．2．2对数晶体管、电阻等元器件的匹配性要求模拟乘法器进行运算过程中，需要对数晶体管的性能参数匹配程度高达100％，才可以进行高精度运算，因此计算过程中应加入集成电路，选取专用的对数晶体管陈列，只有陈列的高配置晶体管才可以满足该设计的理想化要求。相比之下电路中的电阻元件的精度也十分重要，电阻的选用既要精度高，同时温度稳定性也要好，该电阻的精度应控制在0．1％，否则将会出现极大的误差。

5．2．3对数放大器的反馈稳定性通常对数放大器的稳定性较差，其原因是因为它的系统中反馈网络属于非线性结构，电压的增益效果极低，因此，需要对对数放大器进行稳定性设计。为了使对数放大器的反馈稳定性加强，特将电路中加入电容以及电阻元素作为稳定性补偿，效果显著。

5．2．4零位调整网络零位调整是模拟乘法器中的关键步骤，倘若电路中的四个对数晶体管不完全匹配，会造成电阻的阻值发生离散性扩散，运算结果出现误差。模拟乘法器输入信号的幅度值与输出信号成正比关系，输入信号幅值越小，输出信号幅值也越小，因此系统需要及时对电路进行零位调整。

5．3模拟乘法器的应用

随着电力电子技术在电力系统中应用日益广泛，造成电网中的电压以及电流出现较大变化，因此深入系统了解调幅电路具有重要意义。集成模拟乘法器的应用越来越广泛，更是成为了电子式电能表中不可或缺的组成部分。随着集成模拟乘法器技能的逐步完善，使它的应用范围一度超过了模拟计算机的范围，集成模拟乘法器系统中的运算模式目前被使用于信号的处理、测量数据的设备以及通信工程和自动控制领域等科技发展领域之中，在其中充当着核心角色，为未来发展提供有利数据。

6总结

集成模拟乘法器的调幅系统应用范围广、领域多，几乎所有的科技系统均可以应用该电路系统，使用该电路可以建立你所需要的子电路模型，将其与其他模型库建立联系有利于新产品的推广，很大程度上减少了人力物力的重复劳动，更加减少了设计过程中出现的误差问题。从高频率的载波信号变化过程也可以看出，该集成模拟乘法器是一个线性变换的器件，该设计实现了信号的调幅过程，具有电路简单易操作以及可靠性高等特点，具有一定的研究意义。

参考文献

［1］吴兆耀．MC1496在调幅与检波电路仿真中的应用［J］．成都师范学院学报，2014（11）：114－117．

［2］谢学文，叶建芳．EDA技术在调幅与检波电路中的应用［J］．数字技术与应用，2015（1）：50－51．

［3］王晓鹏．基于MC1496的同步检波电路与Multisim仿真［J］．中国新通信，2015（11）：118－119．

［4］王旭．模拟乘法器MC1496的应用研究［J］．电子测试，2015（8）：46－50．