CN104124931A - 一种宽带放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在500～1000MHz带频内增益衰减小于0.5dB的宽带放大器，包括：自偏置电路、内反馈电路、外反馈电路和多级电流放大电路；自偏置电路为多级电流放大电路的末级电流电路的镜像电流电路、并决定所述宽带放大电路的运行频率的下限；所述的内反馈电路根据宽带放大器的输出端即多级电流放大电路的输出端、以及自偏置电路的输出端的反馈电压动态改变提供给多级电流放大电路的第一级电流放大电路的偏置电压；所述的外反馈电路将多级电流放大电路的输出端的变化反馈至所述宽带放大器的输入端即多级电流放大电路的输入端。本发明尤其适用于有线电视(CATV)的发射和传输过程中。

Description

一种宽带放大器

技术领域

本发明涉及到电路结构，尤其涉及到纯硬件电流放大电路，具体涉及到一种宽带放大器。

背景技术

业内人士都知道，在有线电视(CATV)信号发射和传输应用中，都要用到宽带放大器(Broadband Amplifier)。通常所说的宽带放大器，其工作频段通常在50MHz至1000MHz的范围内。现有的宽带放大器中，通常采用达林顿晶体管结构(Darlington pair)。如图1所示，传统的达灵顿晶体管结构，包括：作为驱动晶体管或者叫做发射极跟随型晶体管的初级放大三极管Q1和共发射极型三极管Q2，作为反馈的电阻R2用来提高带宽，并且，电阻R2还与R1组成分压电路，来设置初级放大三极管Q1的基极偏置电压。电阻RE1和RE2分别用于提供初级放大三极管Q1和共发射极型三极管Q2的偏置电流。该电路最大的问题在于，为了达到初级放大三极管Q1的基极所需偏置电压，电阻R1/R2的比例往往设置的比较高，而电阻R1/R2比例增加，反馈程度加深，从而导致增益降低。为了解决初级放大三极管Q1基极偏置电压的设置影响到放大器的增益问题，通常采取两种解决方法：

1、如图2所示，在电阻R1电路中串联一个三极管Q3，由于偏置电压提升了Vbe，使得电阻R1/R2比例得以减小，这样反馈程度降低，增益可以增加；

2、如图3所示，在电阻R2电路中串联一个反馈电容CFB，反馈电容CFB的引入，使得初级放大三极管Q1基极偏置电压与反馈回路隔离，电阻R2不再产生初级放大三极管Q1所需的基极偏置电压，从而可以自由调节电阻R2的数值以得到理想的增益。

虽说以上两种方法可以获得较理想的增益，但是都无法解决整个频带内的增益随频率的增加而衰减的问题。图4所示是目前传统的宽带放大器的典型增益特性曲线。图3中的反馈电容CFB为芯片内部电容，其数值通常在10pf到60pf之间，一般在500MHz以下，不会造成增益衰减。但在500MHz以上，反馈电容CFB的频率特性使得增益出现较大程度地衰减。总的来说，在50MHz至1000MHz的范围内，增益的衰减通常超过1dB。而在实际应用中，要求放大器在整个频带里的增益衰减小于0.5dB。因此，传统的宽带放大器的应用范围受到了限制，不能满足带频在500MHz至1000MHz之间的增益需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种在500～1000MHz带频内增益衰减小于0.5dB的宽带放大器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：宽带放大器，包括有：自偏置电路、内反馈电路、外反馈电路以及具有至少两级电流放大的多级电流放大电路；

所述的自偏置电路，其为多级电流放大电路的末级电流电路的镜像电流电路、并决定所述宽带放大电路的运行频率的下限；

所述的内反馈电路，其根据宽带放大器的输出端即多级电流放大电路的输出端、以及自偏置电路的输出端的反馈电压动态改变提供给多级电流放大电路的第一级电流放大电路的偏置电压；

所述的外反馈电路，其将多级电流放大电路的输出端的变化反馈至所述宽带放大器的输入端即多级电流放大电路的输入端。

作为一种优选方案，在所述的宽带放大器中，所述的多级电流放大电路为包括两级电流放大的达林顿晶体管结构。

作为一种优选方案，在所述的宽带放大器中，所述的多级电流放大电路的具体结构包括：第一级电流放大电路即初级电流放大电路和第二级电流放大电路即末级电流放大电路，第一级电流放大电路包括有：发射极跟随型初级放大三极管，初级放大三极管的发射极通过初级偏置电流电阻接地，第二级电流放大电路包括：共发射极型末级放大三极管，末级放大三极管通过末级偏置电流电阻接地，其基极与初级放大三极管的发射极相连，初级放大三极管的基极作为所述多级电流放大电路的输入端，末级放大三极管的集电极与初级放大三极管的集电极相连作为所述多级电流放大电路的输出端。

作为一种优选方案，在所述的宽带放大器中，所述的内反馈电路包括：内反馈电阻和偏置电压电阻，内反馈电阻的一端与偏置电压电阻的一端相连，形成馈入点，内反馈电阻的另一端与多级电流放大电路的输出端相连，偏置电压电阻的另一端与多级电流放大电路的输入端相连。

作为一种优选方案，在所述的宽带放大器中，所述的外反馈电路包括：外反馈电阻、外反馈电容和外反馈电感，外反馈电阻的一端与外反馈电容的一端相连，外反馈电阻的另一端与外反馈电感的一端相连，外反馈电容的另一端与所述宽带放大电路的输入端相连，外反馈电感的另一端与所述宽带放大电路的输出端相连。

作为一种优选方案，在所述的宽带放大器中，所述的自偏置电路包括：旁路电容以及一个作为多级电流放大电路中末级放大三极管的镜像三极管的自偏置三极管，自偏置三极管的基极通过隔离电阻与所述的末级放大三极管的基极相连，末级放大三极管的基极通过所述的旁路电容接地，自偏置三极管的发射极通过自偏置电流电阻接地，自偏置三极管的集电极与所述的馈入点相连。

本发明的有益效果是：本发明在内、外反馈反路和自偏置电路的共同作用下，实现了增益衰减在整个频带范围内小于0.2dB，并通过调节外反馈电路中的参数，可实现对增益水平度的控制，根据实际应用的需要，可使信号在500～1000MHz带频内的增益不减反增，实现正增益水平度即增益随着频率的增加而增加(参见图6所示)，从而大大扩展了该宽带放大器的应用场合。

附图说明

图1是背景技术中所述的宽带放大器的第一种结构示意图。

图2是背景技术中所述的宽带放大器的第二种结构示意图。

图3是背景技术中所述的宽带放大器的第三种结构示意图。

图4是传统的宽带放大器的典型增益特性曲线图。

图5是本发明所述的宽带放大器的结构示意图。

图5中的附图标记：101、多级电流放大电路，102、外反馈电路，103、自偏置电路，104、内反馈电路。

图6是基于图5所示的原理结构图采用磷化铟镓异质结双极型晶体管制造的宽带放大器的实测增益曲线图。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明所述的可实现正增益水平度的宽带放大器的具体实施方案：

如图5所示，本发明所述的宽带放大器，包括有：自偏置电路103、内反馈电路104、外反馈电路102以及具有两级电流放大的达林顿晶体管结构的多级电流放大电路101，该多级电流放大电路101的具体结构包括：第一级电流放大电路即初级电流放大电路和第二级电流放大电路即末级电流放大电路，第一级电流放大电路包括有：发射极跟随型初级放大三极管Q2，初级放大三极管Q2的发射极通过初级偏置电流电阻RE2接地；第二级电流放大电路包括：共发射极型末级放大三极管Q3，末级放大三极管Q3通过末级偏置电流电阻RE3接地，末级放大三极管Q3的基极与初级放大三极管Q2的发射极相连，初级放大三极管Q2的基极作为所述多级电流放大电路101的输入端即整个宽带放大器的输入端，末级放大三极管Q3的集电极与初级放大三极管Q2的集电极相连、作为所述多级电流放大电路101的输出端即整个宽带放大器的输出端；所述的内反馈电路的具体结构包括：内反馈电阻RFB1和偏置电压电阻RB1，内反馈电阻RFB1的一端与偏置电压电阻RB1的一端相连，形成馈入点，内反馈电阻RFB1的另一端与多级电流放大电路101的输出端相连，偏置电压电阻RB1的另一端与多级电流放大电路101的输入端相连；所述的外反馈电路包括：外反馈电阻RFB2、外反馈电容CFB和外反馈电感LFB，外反馈电阻RFB2的一端与外反馈电容CFB的一端相连，外反馈电阻RFB2的另一端与外反馈电感LFB的一端相连，外反馈电容CFB的另一端与所述宽带放大电路的输入端即多级电流放大电路101的输入端相连，外反馈电感LFB的另一端与所述宽带放大电路的输出端即多级电流放大电路101的输出端相连；所述的自偏置电路103包括：旁路电容CB以及一个作为多级电流放大电路101中末级放大三极管Q3的镜像三极管的自偏置三极管Q1，自偏置三极管Q1的基极通过隔离电阻RB2与所述的末级放大三极管Q3的基极相连，末级放大三极管Q3的基极通过所述的旁路电容CB接地，自偏置三极管Q1的发射极通过自偏置电流电阻RE1接地，自偏置三极管Q1的集电极与所述的馈入点相连。

实际应用时，由于外反馈电感LFB的电感量很小，通常在1nH到10nH之间。因此，外反馈电感LFB可以利用宽带放大器封装中的寄生电感和印刷电路板上的走线中的寄生电感来实现。

本发明的工作原理为：在多级电流放大电路101中，初级偏置电流电阻RE2为初级放大三极管Q2提供直流偏置电流，末级偏置电流电阻RE3为末级放大三极管Q3提供直流偏置电流；在内反馈电路104中，内反馈电阻RFB1的数值影响整个宽带放大器的带宽和增益，偏置电压电阻RB1为初级放大三极管Q2提供基极直流偏置电压；在外反馈电路102中，外反馈电阻RFB2的数值也会影响整个宽带放大器的带宽和增益，外反馈电容CFB为芯片外部的交流耦合电容(除了外反馈电容CFB，其它都集成在芯片内)，利用外反馈电感LFB和外反馈电容CFB的谐振，实现对增益水平度的调节控制，从而可以实现正增益水平度；自偏置电路103中的自偏置三极管Q1与多级电流放大电路101中的末级放大三极管Q3形成镜像电流电路，自偏置电路101和内反馈电阻RFB1一起来设置参考电流Iref，参考电流Iref被镜像反射到末级放大三极管Q3。镜像反射的比例取决于自偏置三极管Q1和末级放大三极管Q3的比例，自偏置三极管Q1的射极偏置电阻即自偏置电流电阻RE1和末级放大三极管Q3的射极偏置电阻即末级偏置电流电阻RE3的阻值也和镜像比例同比例设置；隔离电阻RB2阻值的选择取决于电路射频性能，通常其阻值在100Ω到10000Ω之间，旁路电容CB和隔离电阻RB2一起设定了电路运行频率的下界。

图6是基于本发明的原理结构图，采用磷化铟镓(InGaP)异质结双极型晶体管(HBT)制造的一种宽带放大器的实测增益曲线图，在50MHz至1000MHz带频范围内，该宽带放大器的增益从16.6dB增加到18.2dB，实现了正增益水平度。正增益水平度的宽带放大器对于解决有线电视网络信号传输中高频信号的过度衰减有十分重要的作用。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所作的均等变化与修饰，均应包括在本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种宽带放大器，包括：具有至少两级电流放大的多级电流放大电路，其特征在于，所述的宽带放大器还包括有：自偏置电路、内反馈电路和外反馈电路；

所述的自偏置电路，其为多级电流放大电路的末级电流电路的镜像电流电路、并决定所述宽带放大电路的运行频率的下限；

所述的内反馈电路，其根据宽带放大器的输出端即多级电流放大电路的输出端、以及自偏置电路的输出端的反馈电压动态改变提供给多级电流放大电路的第一级电流放大电路的偏置电压；

所述的外反馈电路，其将多级电流放大电路的输出端的变化反馈至所述宽带放大器的输入端即多级电流放大电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的宽带放大器，其特征在于，所述的多级电流放大电路为包括两级电流放大的达林顿晶体管结构。

3.根据权利要求2所述的宽带放大器，其特征在于，所述的多级电流放大电路的具体结构包括：第一级电流放大电路即初级电流放大电路和第二级电流放大电路即末级电流放大电路，第一级电流放大电路包括有：发射极跟随型初级放大三极管，初级放大三极管的发射极通过初级偏置电流电阻接地，第二级电流放大电路包括：共发射极型末级放大三极管，末级放大三极管通过末级偏置电流电阻接地，其基极与初级放大三极管的发射极相连，初级放大三极管的基极作为所述多级电流放大电路的输入端，末级放大三极管的集电极与初级放大三极管的集电极相连作为所述多级电流放大电路的输出端。

4.根据权利要求3所述的宽带放大器，其特征在于，所述的内反馈电路包括：内反馈电阻和偏置电压电阻，内反馈电阻的一端与偏置电压电阻的一端相连，形成馈入点，内反馈电阻的另一端与多级电流放大电路的输出端相连，偏置电压电阻的另一端与多级电流放大电路的输入端相连。

5.根据权利要求4所述的宽带放大器，其特征在于，所述的外反馈电路包括：外反馈电阻、外反馈电容和外反馈电感，外反馈电阻的一端与外反馈电容的一端相连，外反馈电阻的另一端与外反馈电感的一端相连，外反馈电容的另一端与所述宽带放大电路的输入端相连，外反馈电感的另一端与所述宽带放大电路的输出端相连。

6.根据权利要求3至5之一所述的宽带放大器，其特征在于，所述的自偏置电路包括：旁路电容以及一个作为多级电流放大电路中末级放大三极管的镜像三极管的自偏置三极管，自偏置三极管的基极通过隔离电阻与末级放大三极管的基极相连，末级放大三极管的基极通过所述的旁路电容接地，自偏置三极管的发射极通过自偏置电流电阻接地，自偏置三极管的集电极与所述的馈入点相连。