第1章 高频放大器设计

1.1 高频放大器设计基础

1.1.1 概述

随着通信技术的快速发展，通信频率越来越高，因此对放大器的频带要求也越来越高。高频放大器的作用是放大高频已调波信号的功率，以满足发送功率的要求，然后通过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机能够接收到满意的信号电平，且不干扰相邻信道的通信。射频宽带放大器广泛地应用于因特网和CATV网，以补偿射频信号在网络传输过程中造成的能量损失。

高频放大器是一类十分重要的通信产品，其设计主要分为三部分：前级放大、中间级放大和末级放大。前级放大采用低噪声放大，高频信号对噪声的要求很高，很容易受到噪声的干扰而使信号失真。中间级放大的主要作用是放大信号，放大器的大部分增益是在该部分实现的。末级放大主要放大信号功率，一般采用功率放大芯片来驱动负载。

1.1.2 射频宽带放大器

射频宽带放大器在普通放大器的基础上增加了两个条件：一是能够放大射频段的信号；二是放大信号的带宽大大加宽，带宽的数量级一般为兆赫兹，今天射频宽带放大器的带宽已达吉赫兹。

射频宽带放大器的主要特点是能在一个很宽的频带内达到稳定的增益值，这也是性能评价的主要指标。射频宽带放大器由多级放大器级联而成，宽带很宽，上限截止频率fH高达吉赫兹量级，甚至高达数百吉赫兹。因此，对放大器级联的阻抗匹配要求很严格，阻抗不匹配将会导致信号反射，进而导至带内增益不均衡，同时阻抗匹配问题也是制作射频宽带放大器的一个难点。有关射频宽带放大器的研究已有很多，研究重点为低噪声、带宽、频率和增益等指标，这几个指标也是制作射频宽带放大器时应予以考虑的。

1.1.3 集成射频宽带放大器介绍

1．THS3201

THS3201是超宽带低噪声电流反馈型放大器，其供电电压为±（3.3～7.5）V，单位增益带宽为1.8GHz，输入电压噪声为，压摆率高达10500V/μs，适合于射频宽带放大器前级小信号低噪声固定增益放大电路的设计。基于THS3201的宽带同相放大器电路图如图1.1.1所示。

2．OPA695

OPA695是一款低功耗超宽带电流反馈型运算放大器。当增益G=+2时，其带宽BW为1400MHz；当增益G=+8时，其带宽BW为450MHz；输出电压范围为-4.2～+4.2V；压摆率为4300V/μs。基于OPA695的宽带同相放大器电路图如图1.1.2所示。

3．OPA847

OPA847是宽带低噪声电压反馈放大器，其增益带宽积为3.9GHz，低输入噪声电压为，压摆率为950V/μs，高直流精度为100μV，低供电电流为18.1mA。极低的输入电压和电流噪声结合3.9GHz的增益带宽积，使得OPA847成为宽带应用的理想放大器。基于OPA847的同相20倍增益的放大器电路路图如图1.1.3所示。

4．AD8367

AD8367是一款高性能可变增益放大器，设计用于在最高500MHz的中频频率下工作。在外部施加0～1V的模拟增益控制电压，可调整45dB增益控制范围，以提供20mV/dB输出，实现精确的线性增益调整。3dB带宽为500MHz，增益调节范围为-2.5～+42.5dB，单端输入阻抗为200Ω。基于AD8367的增益可变放大器电路图如图1.1.4所示。

5．VCA824

VCA824是一款超宽带、增益调节范围大于40dB的线性可变增益放大器。小信号带宽为710MHz（G=2），大信号带宽为320MHz（G=10）。高增益调节精度为（20±0.3）dB。将控制电压范围设置为-1～+1V，可在范围-20～+20dB调节增益。单端输入电阻与输出电阻均为50Ω。基于VCA824的增益可变放大器电路图如图1.1.5所示。

6．THS3091

THS3091是一款高性能、低失真、电流反馈型运算放大器，其供电电压为±（5～15）V，带宽为210MHz（RL=100Ω，G=+2），压摆率为2500V/μs，输出电流可达250mA，非常适合用于射频宽带放大器末级功放的设计。基于THS3091的功率放大器电路图如图1.1.6所示。

7．THS3001

THS3001是一款带宽为420MHz（G=1dB，-3dB）的高速电流负反馈运算放大器，其压摆率极高，最大闭环增益为5时可表现出最好的性能。在±15V供电、反馈电阻RF=6800Ω时，具有110MHz的带宽，增益起伏为0.1dB。大信号应用时具有40ns的建立时间，差分增益误差小于0.01%，差分相位误差小于0.02%，非线性失真小于96dB。THS3001的电源电压为±（4.5～15）V。基于THS3001的功率放大器电路图如图1.1.7所示。

8．BUF634

BUF634是一款输出电流的250mA的高速缓冲器，其供电电源的电压范围为±（2.25～18）V。BUF634的应用范围广，可用于运算放大器的反馈回路，以提高输出电流，消除热反馈。例如，低功率应用时BUF634的静态电流为1.5mA，输出电流为250mA，压摆率为，带宽为30MHz。通过连接V-和BW引脚之间的电阻，带宽在范围30～180MHz内可调。输出电路由内部限流和热关断提供保护。基于BUF634的缓冲器电路图如图1.1.8所示。