運放式射頻放大器

　　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。在實際應用中，大量使用的是VFB運放，但在射頻放大器應用中，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。

　　當然，射頻設計者還要了解CFB運放的一些特點：

　　?放大器用運放的內部構造有所不同，但構成放大器的基本拓撲沒有改變。
　　?CFB運放數(shù)據(jù)表推薦的反饋電阻RF值應嚴格遵守，增益應用RG來調整。
　　?反饋環(huán)中不能有電容存在。

　　放大器的基本拓撲和參數(shù)

　　CFB運放射頻放大器的基本拓撲仍是反饋放大器結構，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從負載處返回輸出功率，只有正傳輸S21是有用的散射參數(shù)。設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，兩者的關系見表1，這些指標是頻率依賴的。

　　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、負載阻抗匹配的度量，為了避免反射應盡可能地匹配。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在工作頻率范圍內不會好于1.5：1。運放的輸入、輸出阻抗是設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。回波損耗―該值與VSWR的關系為：

　　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。