第1章 高頻放大器設計

1.1 高頻放大器設計基礎

1.1.1 概述

隨著通信技術的快速發展，通信頻率越來越高，因此對放大器的頻帶要求也越來越高。高頻放大器的作用是放大高頻已調波信號的功率，以滿足發送功率的要求，然后通過天線將其輻射到空間，保證在一定區域內的接收機能夠接收到滿意的信號電平，且不干擾相鄰信道的通信。射頻寬帶放大器廣泛地應用于因特網和CATV網，以補償射頻信號在網絡傳輸過程中造成的能量損失。

高頻放大器是一類十分重要的通信產品，其設計主要分為三部分：前級放大、中間級放大和末級放大。前級放大采用低噪聲放大，高頻信號對噪聲的要求很高，很容易受到噪聲的干擾而使信號失真。中間級放大的主要作用是放大信號，放大器的大部分增益是在該部分實現的。末級放大主要放大信號功率，一般采用功率放大芯片來驅動負載。

1.1.2 射頻寬帶放大器

射頻寬帶放大器在普通放大器的基礎上增加了兩個條件：一是能夠放大射頻段的信號；二是放大信號的帶寬大大加寬，帶寬的數量級一般為兆赫茲，今天射頻寬帶放大器的帶寬已達吉赫茲。

射頻寬帶放大器的主要特點是能在一個很寬的頻帶內達到穩定的增益值，這也是性能評價的主要指標。射頻寬帶放大器由多級放大器級聯而成，寬帶很寬，上限截止頻率fH高達吉赫茲量級，甚至高達數百吉赫茲。因此，對放大器級聯的阻抗匹配要求很嚴格，阻抗不匹配將會導致信號反射，進而導至帶內增益不均衡，同時阻抗匹配問題也是制作射頻寬帶放大器的一個難點。有關射頻寬帶放大器的研究已有很多，研究重點為低噪聲、帶寬、頻率和增益等指標，這幾個指標也是制作射頻寬帶放大器時應予以考慮的。

1.1.3 集成射頻寬帶放大器介紹

1．THS3201

THS3201是超寬帶低噪聲電流反饋型放大器，其供電電壓為±（3.3～7.5）V，單位增益帶寬為1.8GHz，輸入電壓噪聲為，壓擺率高達10500V/μs，適合于射頻寬帶放大器前級小信號低噪聲固定增益放大電路的設計。基于THS3201的寬帶同相放大器電路圖如圖1.1.1所示。

2．OPA695

OPA695是一款低功耗超寬帶電流反饋型運算放大器。當增益G=+2時，其帶寬BW為1400MHz；當增益G=+8時，其帶寬BW為450MHz；輸出電壓范圍為-4.2～+4.2V；壓擺率為4300V/μs。基于OPA695的寬帶同相放大器電路圖如圖1.1.2所示。

3．OPA847

OPA847是寬帶低噪聲電壓反饋放大器，其增益帶寬積為3.9GHz，低輸入噪聲電壓為，壓擺率為950V/μs，高直流精度為100μV，低供電電流為18.1mA。極低的輸入電壓和電流噪聲結合3.9GHz的增益帶寬積，使得OPA847成為寬帶應用的理想放大器。基于OPA847的同相20倍增益的放大器電路路圖如圖1.1.3所示。

4．AD8367

AD8367是一款高性能可變增益放大器，設計用于在最高500MHz的中頻頻率下工作。在外部施加0～1V的模擬增益控制電壓，可調整45dB增益控制范圍，以提供20mV/dB輸出，實現精確的線性增益調整。3dB帶寬為500MHz，增益調節范圍為-2.5～+42.5dB，單端輸入阻抗為200Ω。基于AD8367的增益可變放大器電路圖如圖1.1.4所示。

5．VCA824

VCA824是一款超寬帶、增益調節范圍大于40dB的線性可變增益放大器。小信號帶寬為710MHz（G=2），大信號帶寬為320MHz（G=10）。高增益調節精度為（20±0.3）dB。將控制電壓范圍設置為-1～+1V，可在范圍-20～+20dB調節增益。單端輸入電阻與輸出電阻均為50Ω。基于VCA824的增益可變放大器電路圖如圖1.1.5所示。

6．THS3091

THS3091是一款高性能、低失真、電流反饋型運算放大器，其供電電壓為±（5～15）V，帶寬為210MHz（RL=100Ω，G=+2），壓擺率為2500V/μs，輸出電流可達250mA，非常適合用于射頻寬帶放大器末級功放的設計。基于THS3091的功率放大器電路圖如圖1.1.6所示。

7．THS3001

THS3001是一款帶寬為420MHz（G=1dB，-3dB）的高速電流負反饋運算放大器，其壓擺率極高，最大閉環增益為5時可表現出最好的性能。在±15V供電、反饋電阻RF=6800Ω時，具有110MHz的帶寬，增益起伏為0.1dB。大信號應用時具有40ns的建立時間，差分增益誤差小于0.01%，差分相位誤差小于0.02%，非線性失真小于96dB。THS3001的電源電壓為±（4.5～15）V。基于THS3001的功率放大器電路圖如圖1.1.7所示。

8．BUF634

BUF634是一款輸出電流的250mA的高速緩沖器，其供電電源的電壓范圍為±（2.25～18）V。BUF634的應用范圍廣，可用于運算放大器的反饋回路，以提高輸出電流，消除熱反饋。例如，低功率應用時BUF634的靜態電流為1.5mA，輸出電流為250mA，壓擺率為，帶寬為30MHz。通過連接V-和BW引腳之間的電阻，帶寬在范圍30～180MHz內可調。輸出電路由內部限流和熱關斷提供保護。基于BUF634的緩沖器電路圖如圖1.1.8所示。