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(jià)格低廉,。而隨著運(yùn)放性能的提高和批量應(yīng)用的推動，射頻放大器采用運(yùn)放已成大勢所趨,。相對于分立晶體管,，高速運(yùn)放確實(shí)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(diǎn)關(guān)系很大,，調(diào)整起來相對困難；而運(yùn)放的增益是不受偏置影響的,。其次,，運(yùn)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(yùn)放又可分為電壓反饋式(VFB)和電流反饋式(CFB)兩種。在實(shí)際應(yīng)用中,，大量使用的是VFB運(yùn)放,，但在射頻放大器應(yīng)用中，CFB運(yùn)放具有更出色的性能,。VFB運(yùn)放的增益一帶寬積是恒定的,，增益受到帶寬的限制；CFB運(yùn)放在接近最高頻率處仍有較高的增益,。例如,，VFB運(yùn)放THS4001開環(huán)帶寬(-3dB)為270MHz，增益為100(20dB)時(shí)可用帶寬僅為10MHz,；而CFB運(yùn)放THS3001開環(huán)帶寬(-3dB)為420MHz,，增益100時(shí)可用帶寬可達(dá)150MHz。
當(dāng)然,，射頻設(shè)計(jì)者還要了解CFB運(yùn)放的一些特點(diǎn)：
·放大器用運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)放的輸入阻抗高,，因而輸入端并接一個(gè)50Ω電阻,；在輸出端,，運(yùn)放輸出阻抗低，故而串接了一個(gè)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(gè)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(jì)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(gè)比值，因而是一個(gè)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(yùn)放的輸入、輸出阻抗是設(shè)計(jì)者選擇的外部元件確定的,，因此運(yùn)放的數(shù)據(jù)表并未對VSWR作出規(guī)定,。回波損耗—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(gè)電容進(jìn)行補(bǔ)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(yùn)放S21表示為：
S21=AL=1/2(1+RF/RG)
注意,，輸出端增加了一個(gè)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(yùn)放的隔離度相當(dāng)不錯(cuò),，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(jì)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(diǎn)—-1dB壓縮點(diǎn)定義為：在固定頻率下,，放大器實(shí)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(diǎn)是射頻設(shè)計(jì)者對電壓軌值的一種表述。射頻設(shè)計(jì)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(diǎn),。
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(diǎn),。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(yùn)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。
雙頻三次諧波互調(diào)制截距——在RF帶寬內(nèi),，當(dāng)兩個(gè)空間相近的信號被放大時(shí)就會產(chǎn)生和頻與差頻,，這些信號是互調(diào)制諧波，主要問題是這些諧波幅度的增長是基頻的3倍,。理論上,，一個(gè)系統(tǒng)初始基頻信號在0dBm水平，互調(diào)制諧波在-60dBm,，當(dāng)基頻幅度增加時(shí),，諧波以3倍于基頻的速度增長，最終在+30dBm處相交,。典型的RF電路不會調(diào)整至+30dBm,，因而3次互調(diào)制截距是理論上的，互調(diào)制截距越大越好。
噪聲值—當(dāng)運(yùn)放作為有源器件時(shí),，RF噪聲值與運(yùn)放噪聲是一回事,。熱噪聲有一定影響，但RF電路使用的電阻通常較小,，它們的噪聲可忽略不計(jì),。運(yùn)放RF電路的噪聲與增益和帶寬有關(guān)。例如,，使用一個(gè)
運(yùn)放,，應(yīng)用于10.7MHz中放，信號電平0dBV,，增益為1,，噪聲譜密度如圖2所示。此外,，帶寬越窄,，噪聲越低，見表2,。
結(jié)語
如果價(jià)格可以接受的話,，運(yùn)放，特別是CFB運(yùn)放非常適合射頻設(shè)計(jì),。運(yùn)放高頻放大器的偏置與增益和終端無關(guān),，調(diào)整方便，工作穩(wěn)定,、可靠,。此外，運(yùn)放射頻放大器有良好的散射參數(shù),，由于終端效應(yīng)和匹配可獨(dú)立控制，因而輸入和輸出VSWR較??；運(yùn)放由成百個(gè)晶體管組成，隔離效果很好,；CFB運(yùn)放的正向增益不受增益/帶寬積限制,，有較高的增益。運(yùn)放射頻放大器的增益平坦度,、-1dB壓縮點(diǎn),、互調(diào)制截距和噪聲都要比分立晶體管放大器略勝一籌。