一種寬帶放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種在500～1000MHz帶頻內(nèi)增益衰減小于0.5dB的寬帶放大器，包括：自偏置電路、內(nèi)反饋電路、外反饋電路和多級(jí)電流放大電路；自偏置電路為多級(jí)電流放大電路的末級(jí)電流電路的鏡像電流電路、并決定所述寬帶放大電路的運(yùn)行頻率的下限；所述的內(nèi)反饋電路根據(jù)寬帶放大器的輸出端即多級(jí)電流放大電路的輸出端、以及自偏置電路的輸出端的反饋電壓動(dòng)態(tài)改變提供給多級(jí)電流放大電路的第一級(jí)電流放大電路的偏置電壓；所述的外反饋電路將多級(jí)電流放大電路的輸出端的變化反饋至所述寬帶放大器的輸入端即多級(jí)電流放大電路的輸入端。本發(fā)明尤其適用于有線電視(CATV)的發(fā)射和傳輸過(guò)程中。
【專利說(shuō)明】一種寬帶放大器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到電路結(jié)構(gòu)，尤其涉及到純硬件電流放大電路，具體涉及到一種寬帶 放大器。

【背景技術(shù)】
[0002] 業(yè)內(nèi)人士都知道，在有線電視（CATV)信號(hào)發(fā)射和傳輸應(yīng)用中，都要用到寬帶放大 器（Broadband Amplifier)。通常所說(shuō)的寬帶放大器，其工作頻段通常在50MHz至1000MHz 的范圍內(nèi)?，F(xiàn)有的寬帶放大器中，通常采用達(dá)林頓晶體管結(jié)構(gòu)（Darlington pair)。如圖 1所示，傳統(tǒng)的達(dá)靈頓晶體管結(jié)構(gòu)，包括：作為驅(qū)動(dòng)晶體管或者叫做發(fā)射極跟隨型晶體管的 初級(jí)放大三極管Q1和共發(fā)射極型三極管Q2,作為反饋的電阻R2用來(lái)提高帶寬，并且，電阻 R2還與R1組成分壓電路，來(lái)設(shè)置初級(jí)放大三極管Q1的基極偏置電壓。電阻RE1和RE2分 別用于提供初級(jí)放大三極管Q1和共發(fā)射極型三極管Q2的偏置電流。該電路最大的問(wèn)題在 于，為了達(dá)到初級(jí)放大三極管Q1的基極所需偏置電壓，電阻R1/R2的比例往往設(shè)置的比較 高，而電阻R1/R2比例增加，反饋程度加深，從而導(dǎo)致增益降低。為了解決初級(jí)放大三極管 Q1基極偏置電壓的設(shè)置影響到放大器的增益問(wèn)題，通常采取兩種解決方法：
[0003] 1、如圖2所示，在電阻R1電路中串聯(lián)一個(gè)三極管Q3,由于偏置電壓提升了 Vbe，使 得電阻R1/R2比例得以減小，這樣反饋程度降低，增益可以增加；
[0004] 2、如圖3所示，在電阻R2電路中串聯(lián)一個(gè)反饋電容CFB，反饋電容CFB的引入，使 得初級(jí)放大三極管Q1基極偏置電壓與反饋回路隔離，電阻R2不再產(chǎn)生初級(jí)放大三極管Q1 所需的基極偏置電壓，從而可以自由調(diào)節(jié)電阻R2的數(shù)值以得到理想的增益。
[0005] 雖說(shuō)以上兩種方法可以獲得較理想的增益，但是都無(wú)法解決整個(gè)頻帶內(nèi)的增益隨 頻率的增加而衰減的問(wèn)題。圖4所示是目前傳統(tǒng)的寬帶放大器的典型增益特性曲線。圖3 中的反饋電容CFB為芯片內(nèi)部電容，其數(shù)值通常在10pf到60pf之間，一般在500MHz以下， 不會(huì)造成增益衰減。但在500MHz以上，反饋電容CFB的頻率特性使得增益出現(xiàn)較大程度地 衰減。總的來(lái)說(shuō)，在50MHz至1000MHz的范圍內(nèi)，增益的衰減通常超過(guò)ldB。而在實(shí)際應(yīng)用 中，要求放大器在整個(gè)頻帶里的增益衰減小于0. 5dB。因此，傳統(tǒng)的寬帶放大器的應(yīng)用范圍 受到了限制，不能滿足帶頻在500MHz至1000MHz之間的增益需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種在500?1000MHz帶頻內(nèi)增益衰減小于 0. 5dB的寬帶放大器。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：寬帶放大器，包括有：自偏置電 路、內(nèi)反饋電路、外反饋電路以及具有至少兩級(jí)電流放大的多級(jí)電流放大電路；
[0008] 所述的自偏置電路，其為多級(jí)電流放大電路的末級(jí)電流電路的鏡像電流電路、并 決定所述寬帶放大電路的運(yùn)行頻率的下限；
[0009] 所述的內(nèi)反饋電路，其根據(jù)寬帶放大器的輸出端即多級(jí)電流放大電路的輸出端、 以及自偏置電路的輸出端的反饋電壓動(dòng)態(tài)改變提供給多級(jí)電流放大電路的第一級(jí)電流放 大電路的偏置電壓；
[0010] 所述的外反饋電路，其將多級(jí)電流放大電路的輸出端的變化反饋至所述寬帶放大 器的輸入端即多級(jí)電流放大電路的輸入端。
[0011] 作為一種優(yōu)選方案，在所述的寬帶放大器中，所述的多級(jí)電流放大電路為包括兩 級(jí)電流放大的達(dá)林頓晶體管結(jié)構(gòu)。
[0012] 作為一種優(yōu)選方案，在所述的寬帶放大器中，所述的多級(jí)電流放大電路的具體結(jié) 構(gòu)包括：第一級(jí)電流放大電路即初級(jí)電流放大電路和第二級(jí)電流放大電路即末級(jí)電流放大 電路，第一級(jí)電流放大電路包括有：發(fā)射極跟隨型初級(jí)放大三極管，初級(jí)放大三極管的發(fā)射 極通過(guò)初級(jí)偏置電流電阻接地，第二級(jí)電流放大電路包括：共發(fā)射極型末級(jí)放大三極管，末 級(jí)放大三極管通過(guò)末級(jí)偏置電流電阻接地，其基極與初級(jí)放大三極管的發(fā)射極相連，初級(jí) 放大三極管的基極作為所述多級(jí)電流放大電路的輸入端，末級(jí)放大三極管的集電極與初級(jí) 放大三極管的集電極相連作為所述多級(jí)電流放大電路的輸出端。
[0013] 作為一種優(yōu)選方案，在所述的寬帶放大器中，所述的內(nèi)反饋電路包括：內(nèi)反饋電阻 和偏置電壓電阻，內(nèi)反饋電阻的一端與偏置電壓電阻的一端相連，形成饋入點(diǎn)，內(nèi)反饋電阻 的另一端與多級(jí)電流放大電路的輸出端相連，偏置電壓電阻的另一端與多級(jí)電流放大電路 的輸入端相連。
[0014] 作為一種優(yōu)選方案，在所述的寬帶放大器中，所述的外反饋電路包括：外反饋電 阻、外反饋電容和外反饋電感，外反饋電阻的一端與外反饋電容的一端相連，外反饋電阻的 另一端與外反饋電感的一端相連，外反饋電容的另一端與所述寬帶放大電路的輸入端相 連，外反饋電感的另一端與所述寬帶放大電路的輸出端相連。
[0015] 作為一種優(yōu)選方案，在所述的寬帶放大器中，所述的自偏置電路包括：旁路電容以 及一個(gè)作為多級(jí)電流放大電路中末級(jí)放大三極管的鏡像三極管的自偏置三極管，自偏置三 極管的基極通過(guò)隔離電阻與所述的末級(jí)放大三極管的基極相連，末級(jí)放大三極管的基極通 過(guò)所述的旁路電容接地，自偏置三極管的發(fā)射極通過(guò)自偏置電流電阻接地，自偏置三極管 的集電極與所述的饋入點(diǎn)相連。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在內(nèi)、外反饋反路和自偏置電路的共同作用下，實(shí)現(xiàn) 了增益衰減在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)小于0. 2dB，并通過(guò)調(diào)節(jié)外反饋電路中的參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)增益 水平度的控制，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，可使信號(hào)在500?1000MHz帶頻內(nèi)的增益不減反增， 實(shí)現(xiàn)正增益水平度即增益隨著頻率的增加而增加（參見(jiàn)圖6所示），從而大大擴(kuò)展了該寬帶 放大器的應(yīng)用場(chǎng)合。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是【背景技術(shù)】中所述的寬帶放大器的第一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2是【背景技術(shù)】中所述的寬帶放大器的第二種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖3是【背景技術(shù)】中所述的寬帶放大器的第三種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖4是傳統(tǒng)的寬帶放大器的典型增益特性曲線圖。
[0021] 圖5是本發(fā)明所述的寬帶放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖5中的附圖標(biāo)記：101、多級(jí)電流放大電路，102、外反饋電路，103、自偏置電路， 104、內(nèi)反饋電路。
[0023] 圖6是基于圖5所示的原理結(jié)構(gòu)圖采用磷化銦鎵異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造的寬帶 放大器的實(shí)測(cè)增益曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明所述的可實(shí)現(xiàn)正增益水平度的寬帶放大器的具體 實(shí)施方案：
[0025] 如圖5所示，本發(fā)明所述的寬帶放大器，包括有：自偏置電路103、內(nèi)反饋電路104、 外反饋電路102以及具有兩級(jí)電流放大的達(dá)林頓晶體管結(jié)構(gòu)的多級(jí)電流放大電路101，該 多級(jí)電流放大電路101的具體結(jié)構(gòu)包括：第一級(jí)電流放大電路即初級(jí)電流放大電路和第二 級(jí)電流放大電路即末級(jí)電流放大電路，第一級(jí)電流放大電路包括有：發(fā)射極跟隨型初級(jí)放 大三極管Q2,初級(jí)放大三極管Q2的發(fā)射極通過(guò)初級(jí)偏置電流電阻RE2接地；第二級(jí)電流 放大電路包括：共發(fā)射極型末級(jí)放大三極管Q3,末級(jí)放大三極管Q3通過(guò)末級(jí)偏置電流電 阻RE3接地，末級(jí)放大三極管Q3的基極與初級(jí)放大三極管Q2的發(fā)射極相連，初級(jí)放大三極 管Q2的基極作為所述多級(jí)電流放大電路101的輸入端即整個(gè)寬帶放大器的輸入端，末級(jí) 放大三極管Q3的集電極與初級(jí)放大三極管Q2的集電極相連、作為所述多級(jí)電流放大電路 101的輸出端即整個(gè)寬帶放大器的輸出端；所述的內(nèi)反饋電路的具體結(jié)構(gòu)包括：內(nèi)反饋電 阻RFB1和偏置電壓電阻RB1，內(nèi)反饋電阻RFB1的一端與偏置電壓電阻RB1的一端相連，形 成饋入點(diǎn)，內(nèi)反饋電阻RFB1的另一端與多級(jí)電流放大電路101的輸出端相連，偏置電壓電 阻RB1的另一端與多級(jí)電流放大電路101的輸入端相連；所述的外反饋電路包括：外反饋 電阻RFB2、外反饋電容CFB和外反饋電感LFB，外反饋電阻RFB2的一端與外反饋電容CFB 的一端相連，外反饋電阻RFB2的另一端與外反饋電感LFB的一端相連，外反饋電容CFB的 另一端與所述寬帶放大電路的輸入端即多級(jí)電流放大電路101的輸入端相連，外反饋電感 LFB的另一端與所述寬帶放大電路的輸出端即多級(jí)電流放大電路101的輸出端相連；所述 的自偏置電路103包括：旁路電容CB以及一個(gè)作為多級(jí)電流放大電路101中末級(jí)放大三 極管Q3的鏡像三極管的自偏置三極管Q1，自偏置三極管Q1的基極通過(guò)隔離電阻RB2與所 述的末級(jí)放大三極管Q3的基極相連，末級(jí)放大三極管Q3的基極通過(guò)所述的旁路電容CB接 地，自偏置三極管Q1的發(fā)射極通過(guò)自偏置電流電阻RE1接地，自偏置三極管Q1的集電極與 所述的饋入點(diǎn)相連。
[0026] 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于外反饋電感LFB的電感量很小，通常在InH到ΙΟηΗ之間。因此， 外反饋電感LFB可以利用寬帶放大器封裝中的寄生電感和印刷電路板上的走線中的寄生 電感來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0027] 本發(fā)明的工作原理為：在多級(jí)電流放大電路101中，初級(jí)偏置電流電阻RE2為初級(jí) 放大三極管Q2提供直流偏置電流，末級(jí)偏置電流電阻RE3為末級(jí)放大三極管Q3提供直流 偏置電流；在內(nèi)反饋電路104中，內(nèi)反饋電阻RFB1的數(shù)值影響整個(gè)寬帶放大器的帶寬和增 益，偏置電壓電阻RB1為初級(jí)放大三極管Q2提供基極直流偏置電壓；在外反饋電路102中， 外反饋電阻RFB2的數(shù)值也會(huì)影響整個(gè)寬帶放大器的帶寬和增益，外反饋電容CFB為芯片外 部的交流耦合電容（除了外反饋電容CFB，其它都集成在芯片內(nèi)），利用外反饋電感LFB和 外反饋電容CFB的諧振，實(shí)現(xiàn)對(duì)增益水平度的調(diào)節(jié)控制，從而可以實(shí)現(xiàn)正增益水平度；自偏 置電路103中的自偏置三極管Q1與多級(jí)電流放大電路101中的末級(jí)放大三極管Q3形成鏡 像電流電路，自偏置電路101和內(nèi)反饋電阻RFB1 -起來(lái)設(shè)置參考電流Iref，參考電流Iref 被鏡像反射到末級(jí)放大三極管Q3。鏡像反射的比例取決于自偏置三極管Q1和末級(jí)放大三 極管Q3的比例，自偏置三極管Q1的射極偏置電阻即自偏置電流電阻RE1和末級(jí)放大三極 管Q3的射極偏置電阻即末級(jí)偏置電流電阻RE3的阻值也和鏡像比例同比例設(shè)置；隔離電阻 RB2阻值的選擇取決于電路射頻性能，通常其阻值在100 Ω到10000 Ω之間，旁路電容CB和 隔離電阻RB2 -起設(shè)定了電路運(yùn)行頻率的下界。
[0028] 圖6是基于本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)圖，采用磷化銦鎵（InGaP)異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管 (HBT)制造的一種寬帶放大器的實(shí)測(cè)增益曲線圖，在50MHz至1000MHz帶頻范圍內(nèi)，該寬帶 放大器的增益從16. 6dB增加到18. 2dB，實(shí)現(xiàn)了正增益水平度。正增益水平度的寬帶放大器 對(duì)于解決有線電視網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸中高頻信號(hào)的過(guò)度衰減有十分重要的作用。
[0029] 綜上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來(lái)限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，凡依 本發(fā)明權(quán)利要求范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所作的均等變化與修飾，均應(yīng)包括在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種寬帶放大器，包括：具有至少兩級(jí)電流放大的多級(jí)電流放大電路，其特征在于， 所述的寬帶放大器還包括有：自偏置電路、內(nèi)反饋電路和外反饋電路； 所述的自偏置電路，其為多級(jí)電流放大電路的末級(jí)電流電路的鏡像電流電路、并決定 所述寬帶放大電路的運(yùn)行頻率的下限； 所述的內(nèi)反饋電路，其根據(jù)寬帶放大器的輸出端即多級(jí)電流放大電路的輸出端、以及 自偏置電路的輸出端的反饋電壓動(dòng)態(tài)改變提供給多級(jí)電流放大電路的第一級(jí)電流放大電 路的偏置電壓； 所述的外反饋電路，其將多級(jí)電流放大電路的輸出端的變化反饋至所述寬帶放大器的 輸入端即多級(jí)電流放大電路的輸入端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶放大器，其特征在于，所述的多級(jí)電流放大電路為包括 兩級(jí)電流放大的達(dá)林頓晶體管結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬帶放大器，其特征在于，所述的多級(jí)電流放大電路的具體 結(jié)構(gòu)包括：第一級(jí)電流放大電路即初級(jí)電流放大電路和第二級(jí)電流放大電路即末級(jí)電流放 大電路，第一級(jí)電流放大電路包括有：發(fā)射極跟隨型初級(jí)放大三極管，初級(jí)放大三極管的發(fā) 射極通過(guò)初級(jí)偏置電流電阻接地，第二級(jí)電流放大電路包括：共發(fā)射極型末級(jí)放大三極管， 末級(jí)放大三極管通過(guò)末級(jí)偏置電流電阻接地，其基極與初級(jí)放大三極管的發(fā)射極相連，初 級(jí)放大三極管的基極作為所述多級(jí)電流放大電路的輸入端，末級(jí)放大三極管的集電極與初 級(jí)放大三極管的集電極相連作為所述多級(jí)電流放大電路的輸出端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬帶放大器，其特征在于，所述的內(nèi)反饋電路包括：內(nèi)反饋電 阻和偏置電壓電阻，內(nèi)反饋電阻的一端與偏置電壓電阻的一端相連，形成饋入點(diǎn)，內(nèi)反饋電 阻的另一端與多級(jí)電流放大電路的輸出端相連，偏置電壓電阻的另一端與多級(jí)電流放大電 路的輸入端相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬帶放大器，其特征在于，所述的外反饋電路包括：外反饋 電阻、外反饋電容和外反饋電感，外反饋電阻的一端與外反饋電容的一端相連，外反饋電阻 的另一端與外反饋電感的一端相連，外反饋電容的另一端與所述寬帶放大電路的輸入端相 連，外反饋電感的另一端與所述寬帶放大電路的輸出端相連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3至5之一所述的寬帶放大器，其特征在于，所述的自偏置電路包括： 旁路電容以及一個(gè)作為多級(jí)電流放大電路中末級(jí)放大三極管的鏡像三極管的自偏置三極 管，自偏置三極管的基極通過(guò)隔離電阻與末級(jí)放大三極管的基極相連，末級(jí)放大三極管的 基極通過(guò)所述的旁路電容接地，自偏置三極管的發(fā)射極通過(guò)自偏置電流電阻接地，自偏置 三極管的集電極與所述的饋入點(diǎn)相連。
【文檔編號(hào)】H03F3/20GK104124931SQ201410386987
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】曹然 申請(qǐng)人:蘇州容芯微電子有限公司