輕松判斷射頻系統(tǒng)中的功率增益和電壓增益

我聽到越來越多的客戶在問“通過不同負(fù)載阻抗的信號(hào)鏈的增益是如何變化的？”；“當(dāng)以dB測(cè)量時(shí)，電壓增益和功率增益何時(shí)重合？”若你們中的任何人有相同的問題，我想與Analog Wire的聽眾一起分享問題的答案。因此，我們開始吧...

在具有50歐姆終端的單端信號(hào)路徑中，增益計(jì)算非常容易，因?yàn)殡妷涸鲆妫?0 * log（Vout / Vin））等于功率增益（10 * log（Pout / Pin））。但是，當(dāng)負(fù)載的阻抗或源變化時(shí)，事情變得有點(diǎn)復(fù)雜。例如，在許多無線電接收器通道中，50歐姆單端信號(hào)在被高性能ADC（如ADC16DV160）數(shù)字化之前被轉(zhuǎn)換為200歐姆差分信號(hào)。

此外，有兩種主要類型的放大器，電壓輸出放大器（如LMH6521），和電流輸出放大器（如LMH6515）。以下計(jì)算顯示了這兩種不同類型的放大器如何對(duì)不同的負(fù)載條件做出反應(yīng)。

電壓輸出放大器是非RF系統(tǒng)中最常見的放大器，且通過經(jīng)典的運(yùn)算放大器（運(yùn)放）永久化。注意，電流反饋和電壓反饋運(yùn)算放大器都具有電壓輸出架構(gòu)。隨著雙極晶體管技術(shù)的最新發(fā)展，運(yùn)算放大器及其衍生產(chǎn)品可用于高達(dá)2 GHz或更高的頻率。結(jié)果，它們找到進(jìn)入RF和IF信號(hào)路徑的方式。因?yàn)檫\(yùn)算放大器具有無限的輸入阻抗和零輸出阻抗，因此運(yùn)放的功率增益通常不指定，而作為電壓增益（Av）給出。公共增益設(shè)置為6dB，其中輸出電壓為輸入電壓的2倍。請(qǐng)注意，此增益不指定輸入負(fù)載條件或輸出負(fù)載條件。因?yàn)閮H憑電壓不足以計(jì)算功率，因此不能僅使用電壓增益來計(jì)算功率增益。

圖 1 理想的電壓放大器

圖2示例電壓放大器：LMH6521

電流輸出放大器是另一種常見類型的RF放大器，因?yàn)榻o定的輸入信號(hào)產(chǎn)生給定的輸出電流。在一個(gè)配置中有兩種常見配置：Iout =（in * Gain），Iout =（Vin * gain）。后者更常見。在這種情況下，增益稱為跨導(dǎo)（gm）。在跨導(dǎo)放大器計(jì)算中，電壓增益和功率增益都取決于負(fù)載條件。（示例放大器LMH6515Rin =200Ω，Rout =200Ω或400Ω，最大增益= 0.1A / V）

圖3 理想的電流放大器

圖4示例電流放大器：LMH6515

對(duì)于兩種放大器拓?fù)洌?dāng)輸入和輸出阻抗相同時(shí)，電壓增益（dB）和功率增益（dB）才相等。然而，對(duì)于電流放大器，電壓增益和功率增益將隨著負(fù)載條件而變化，而對(duì)于電壓放大器，僅功率增益隨負(fù)載改變。

讀者練習(xí)題——證明一個(gè)后端接負(fù)載可同時(shí)降低電壓增益和功率增益6dB，讓我知道它的運(yùn)行原理！