放大器的基本拓?fù)浜蛥?shù)設(shè)計與介紹

傳統(tǒng)射頻放大器使用分立晶體管有源器件，主要原因是器件價格低廉。而隨著運放性能的提高和批量應(yīng)用的推動，射頻放大器采用運放已成大勢所趨。相對于分立 晶體管，高速運放確實有其長處：首先，前者構(gòu)成的放大器，其增益和帶寬與晶體管的偏流和工作點關(guān)系很大，調(diào)整起來相對困難；而運放的增益是不受偏置影響 的。其次，運放還能減少工作溫度范圍內(nèi)的參數(shù)漂移，使工作更可靠和穩(wěn)定。

眾所周知，運放又可分為電壓反饋式（VFB）和電流反饋式（CFB）兩種。在實際應(yīng)用中，大量使用的是VFB運放，但在射頻放大器應(yīng)用 中，CFB運放具有更出色的性能。VFB運放的增益一帶寬積是恒定的，增益受到帶寬的限制；CFB運放在接近最高頻率處仍有較高的增益。例如，VFB運放 THS4001開環(huán)帶寬（-3dB）為270MHz，增益為100（20dB）時可用帶寬僅為10MHz；而CFB運放THS3001開環(huán)帶寬 （-3dB）為420MHz，增益100時可用帶寬可達150MHz。

當(dāng)然，射頻設(shè)計者還要了解CFB運放的一些特點：

·放大器用運放的內(nèi)部構(gòu)造有所不同，但構(gòu)成放大器的基本拓?fù)錄]有改變。

·CFB運放數(shù)據(jù)表推薦的反饋電阻RF值應(yīng)嚴(yán)格遵守，增益應(yīng)用RG來調(diào)整。

·反饋環(huán)中不能有電容存在。

放大器的基本拓?fù)浜蛥?shù)

CFB運放射頻放大器的基本拓?fù)淙允欠答伔糯笃鹘Y(jié)構(gòu)，有同相放大器和反相放大器兩種形式。另一方面，對射頻電路而言，要特別關(guān)注輸入端與輸出端 的阻抗匹配問題，系統(tǒng)常用50Ω電纜連接，由于運放的輸入阻抗高，因而輸入端并接一個50Ω電阻；在輸出端，運放輸出阻抗低，故而串接了一個50Ω電阻。 這樣，同相放大器就如圖1所示。

射頻電路性能通常用4個散射（S）參數(shù)來表征。術(shù)語“散射”隱含著損耗的意思。反射，即散射參數(shù)S11與S12會減少有用的信號，反向傳輸 S12從負(fù)載處返回輸出功率，只有正傳輸S21是有用的散射參數(shù)。設(shè)計射頻電路就是要減少S11、S22與S12而提高S21。射頻放大器小信號交流參數(shù) 可從S參數(shù)推得，兩者的關(guān)系見表1，這些指標(biāo)是頻率依賴的。

輸入與輸出電壓駐波比（VSWR）是個比值，因而是一個無單位量，它是輸入、輸出阻抗與源阻抗、負(fù)載阻抗匹配的度量，為了避免反射應(yīng)盡可能地匹配。VSWR定義為：

VSWR=Z（I/O）/ZS或ZS/Z（I/O）

理想的VSWR等于1：1，然而典型的VSWR在工作頻率范圍內(nèi)不會好于1.5：1。運放的輸入、輸出阻抗是設(shè)計者選擇的外部元件確定的，因此運放的數(shù)據(jù)表并未對VSWR作出規(guī)定?；夭〒p耗—該值與VSWR的關(guān)系為：

回波損耗 =20log（VSWR+1）/（VSWR-1）

=10log（s11）2（輸入）

=10log（S22）2（輸出）

由于輸出阻抗在射頻處不是與ZL完全匹配的，它隨環(huán)增益減少而逐漸增大，因而RO并聯(lián)了一個電容進行補償。

正向傳輸S21是由輸入電阻RG和反饋電阻RF確定的，對同相型運放S21表示為：

S21=AL=1/2（1+RF/RG）

注意，輸出端增加了一個串聯(lián)電阻，電壓分壓使增益降低了一半。對射頻放大，常用功率增益來表示：

PO（dBm）=10log（絕對功率/0.001W）

dBm=dBV+13（50Ω終端電阻）

反向傳輸S12表示輸入與輸出的隔離度，CFB射頻運放的隔離度相當(dāng)不錯，尤其是同相型放大器，它的反饋連接在反相端，使隔離更佳。

相位線性度—設(shè)計者常常關(guān)心RF電路的相位響應(yīng)，CFB放大器的相位線性度比VFB型放大器好，如：

VFB THS4001的差分相移為0.15°

CFB THS3001的差分相移為0.02°

頻率響應(yīng)平坦度——CFB放大器可通過微調(diào)電阻（見圖1倒相端串聯(lián)的電阻）來調(diào)整頻響的平坦度而不會影響正向增益。再加上微調(diào)電阻后，RF和RG值要相應(yīng)地減少，但它們的比值保持不變，因而增益也保持不變。

-1dB壓縮點—-1dB壓縮點定義為：在固定頻率下，放大器實際功率比預(yù)期值少1dB，換句話說，放大器增益比低功率下降低了1dB。 -1dB壓縮點是射頻設(shè)計者對電壓軌值的一種表述。射頻設(shè)計者更關(guān)注增益的最大化，輕微的嵌位是允許的，只要產(chǎn)生的諧波在相關(guān)法規(guī)的范圍內(nèi)，于是確定了 -1dB壓縮點。

標(biāo)準(zhǔn)交流耦合RF放大器在工作頻率范圍內(nèi)顯示出相對恒定的-1dB壓縮點。在低頻下，增加固定頻率的功率最終會將輸出驅(qū)動至軌值，即VOM指標(biāo)；在高頻下，運放會受到轉(zhuǎn)換速率的限制，由于輸出使用了匹配電阻，轉(zhuǎn)換速率也降低了一半。