一種寬帶放大器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種在500～1000MHz帶頻內增益衰減小于0.5dB的寬帶放大器，包括有：自偏置電路、內反饋電路、外反饋電路和多級電流放大電路；自偏置電路為多級電流放大電路的末級電流電路的鏡像電流電路、并決定所述寬帶放大電路的運行頻率的下限；所述的內反饋電路根據寬帶放大器的輸出端即多級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態改變提供給多級電流放大電路的第一級電流放大電路的偏置電壓；所述的外反饋電路將多級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電流放大電路的輸入端。本實用新型尤其適用于有線電視(CATV)的發射和傳輸過程中。
【專利說明】一種寬帶放大器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及到電路結構，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】
[0002]業內人士都知道，在有線電視(CATV)信號發射和傳輸應用中，都要用到寬帶放大器(Broadband Amplifier)。通常所說的寬帶放大器，其工作頻段通常在50MHz至1000MHz的范圍內。現有的寬帶放大器中，通常采用達林頓晶體管結構(Darlington pair)。如圖1所示，傳統的達靈頓晶體管結構，包括:作為驅動晶體管或者叫做發射極跟隨型晶體管的初級放大三極管Ql和共發射極型三極管Q2，作為反饋的電阻R2用來提高帶寬，并且，電阻R2還與Rl組成分壓電路，來設置初級放大三極管Ql的基極偏置電壓。電阻REl和RE2分別用于提供初級放大三極管Ql和共發射極型三極管Q2的偏置電流。該電路最大的問題在于，為了達到初級放大三極管Ql的基極所需偏置電壓，電阻R1/R2的比例往往設置的比較高，而電阻R1/R2比例增加，反饋程度加深，從而導致增益降低。為了解決初級放大三極管Ql基極偏置電壓的設置影響到放大器的增益問題，通常采取兩種解決方法:
[0003]1、如圖2所示，在電阻Rl電路中串聯一個三極管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電路中串聯一個反饋電容CFB，反饋電容CFB的引入，使得初級放大三極管Ql基極偏置電壓與反饋回路隔離，電阻R2不再產生初級放大三極管Ql所需的基極偏置電壓，從而可以自由調節電阻R2的數值以得到理想的增益。
[0005]雖說以上兩種方法可以獲得較理想的增益，但是都無法解決整個頻帶內的增益隨頻率的增加而衰減的問題。圖4所示是目前傳統的寬帶放大器的典型增益特性曲線。圖3中的反饋電容CFB為芯片內部電容，其數值通常在1pf到60pf之間，一般在500MHz以下，不會造成增益衰減。但在500MHz以上，反饋電容CFB的頻率特性使得增益出現較大程度地衰減。總的來說，在50MHz至1000MHz的范圍內，增益的衰減通常超過ldB。而在實際應用中，要求放大器在整個頻帶里的增益衰減小于0.5dB。因此，傳統的寬帶放大器的應用范圍受到了限制，不能滿足帶頻在500MHz至1000MHz之間的增益需求。
實用新型內容
[0006]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種在500?1000MHz帶頻內增益衰減小于0.5dB的寬帶放大器。
[0007]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為:寬帶放大器，包括有:自偏置電路、內反饋電路、外反饋電路以及具有至少兩級電流放大的多級電流放大電路；
[0008]所述的自偏置電路，其為多級電流放大電路的末級電流電路的鏡像電流電路、并決定所述寬帶放大電路的運行頻率的下限；
[0009]所述的內反饋電路，其根據寬帶放大器的輸出端即多級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態改變提供給多級電流放大電路的第一級電流放大電路的偏置電壓；
[0010]所述的外反饋電路，其將多級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電流放大電路的輸入端。
[0011]作為一種優選方案，在所述的寬帶放大器中，所述的多級電流放大電路為包括兩級電流放大的達林頓晶體管結構。
[0012]作為一種優選方案，在所述的寬帶放大器中，所述的多級電流放大電路的具體結構包括:第一級電流放大電路即初級電流放大電路和第二級電流放大電路即末級電流放大電路，第一級電流放大電路包括有:發射極跟隨型初級放大三極管，初級放大三極管的發射極通過初級偏置電流電阻接地，第二級電流放大電路包括:共發射極型末級放大三極管，末級放大三極管通過末級偏置電流電阻接地，其基極與初級放大三極管的發射極相連，初級放大三極管的基極作為所述多級電流放大電路的輸入端，末級放大三極管的集電極與初級放大三極管的集電極相連作為所述多級電流放大電路的輸出端。
[0013]作為一種優選方案，在所述的寬帶放大器中，所述的內反饋電路包括:內反饋電阻和偏置電壓電阻，內反饋電阻的一端與偏置電壓電阻的一端相連，形成饋入點，內反饋電阻的另一端與多級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電流放大電路的輸入端相連。
[0014]作為一種優選方案，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:旁路電容以及一個作為多級電流放大電路中末級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隔離電阻與所述的末級放大三極管的基極相連，末級放大三極管的基極通過所述的旁路電容接地，自偏置三極管的發射極通過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相連。
[0016]本實用新型的有益效果是:本實用新型在內、外反饋反路和自偏置電路的共同作用下，實現了增益衰減在整個頻帶范圍內小于0.2dB，并通過調節外反饋電路中的參數，可實現對增益水平度的控制，根據實際應用的需要，可使信號在500?1000MHz帶頻內的增益不減反增，實現正增益水平度即增益隨著頻率的增加而增加(參見圖6所示)，從而大大擴展了該寬帶放大器的應用場合。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是【背景技術】中所述的寬帶放大器的第一種結構示意圖。
[0018]圖2是【背景技術】中所述的寬帶放大器的第二種結構示意圖。
[0019]圖3是【背景技術】中所述的寬帶放大器的第三種結構示意圖。
[0020]圖4是傳統的寬帶放大器的典型增益特性曲線圖。
[0021]圖5是本實用新型所述的寬帶放大器的結構示意圖。
[0022]圖5中的附圖標記:101、多級電流放大電路，102、外反饋電路，103、自偏置電路，104、內反饋電路。
[0023]圖6是基于圖5所示的原理結構圖采用磷化銦鎵異質結雙極型晶體管制造的寬帶放大器的實測增益曲線圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖，詳細描述本實用新型所述的可實現正增益水平度的寬帶放大器的具體實施方案:
[0025]如圖5所示，本實用新型所述的寬帶放大器，包括有:自偏置電路103、內反饋電路104、外反饋電路102以及具有兩級電流放大的達林頓晶體管結構的多級電流放大電路101，該多級電流放大電路101的具體結構包括:第一級電流放大電路即初級電流放大電路和第二級電流放大電路即末級電流放大電路，第一級電流放大電路包括有:發射極跟隨型初級放大三極管Q2，初級放大三極管Q2的發射極通過初級偏置電流電阻RE2接地；第二級電流放大電路包括:共發射極型末級放大三極管Q3，末級放大三極管Q3通過末級偏置電流電阻RE3接地，末級放大三極管Q3的基極與初級放大三極管Q2的發射極相連，初級放大三極管Q2的基極作為所述多級電流放大電路101的輸入端即整個寬帶放大器的輸入端，末級放大三極管Q3的集電極與初級放大三極管Q2的集電極相連、作為所述多級電流放大電路101的輸出端即整個寬帶放大器的輸出端；所述的內反饋電路的具體結構包括:內反饋電阻RFBl和偏置電壓電阻RB1，內反饋電阻RFBl的一端與偏置電壓電阻RBl的一端相連，形成饋入點，內反饋電阻RFBl的另一端與多級電流放大電路101的輸出端相連，偏置電壓電阻RBl的另一端與多級電流放大電路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以及一個作為多級電流放大電路101中末級放大三極管Q3的鏡像三極管的自偏置三極管Q1，自偏置三極管Ql的基極通過隔離電阻RB2與所述的末級放大三極管Q3的基極相連，末級放大三極管Q3的基極通過所述的旁路電容CB接地，自偏置三極管Ql的發射極通過自偏置電流電阻REl接地，自偏置三極管Ql的集電極與所述的饋入點相連。
[0026]實際應用時，由于外反饋電感LFB的電感量很小，通常在InH到1nH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實現。
[0027]本實用新型的工作原理為:在多級電流放大電路101中，初級偏置電流電阻RE2為初級放大三極管Q2提供直流偏置電流，末級偏置電流電阻RE3為末級放大三極管Q3提供直流偏置電流；在內反饋電路104中，內反饋電阻RFBl的數值影響整個寬帶放大器的帶寬和增益，偏置電壓電阻RBl為初級放大三極管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的數值也會影響整個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)，利用外反饋電感LFB和外反饋電容CFB的諧振，實現對增益水平度的調節控制，可以實現正增益水平度；自偏置電路103中的自偏置三極管Ql與多級電流放大電路101中的末級放大三極管Q3形成鏡像電流電路，自偏置電路101和內反饋電阻RFBl —起來設置參考電流Iref，參考電流Iref被鏡像反射到末級放大三極管Q3。鏡像反射的比例取決于自偏置三極管Ql和末級放大三極管Q3的比例，自偏置三極管Ql的射極偏置電阻即自偏置電流電阻REl和末級放大三極管Q3的射極偏置電阻即末級偏置電流電阻RE3的阻值也和鏡像比例同比例設置；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 —起設定了電路運行頻率的下界。
[0028]圖6是基于本實用新型的原理結構圖，采用磷化銦鎵(InGaP)異質結雙極型晶體管(HBT)制造的一種寬帶放大器的實測增益曲線圖，在50MHz至1000MHz帶頻范圍內，該寬帶放大器的增益從16.6dB增加到18.2dB，實現了正增益水平度。正增益水平度的寬帶放大器對于解決有線電視網絡信號傳輸中高頻信號的過度衰減有十分重要的作用。
[0029]綜上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用來限定本實用新型實施的范圍，凡依本實用新型權利要求范圍所述的形狀、構造、特征及精神所作的均等變化與修飾，均應包括在本實用新型的權利要求范圍內。
【權利要求】
1.一種寬帶放大器，包括:具有至少兩級電流放大的多級電流放大電路，其特征在于，所述的寬帶放大器還包括有:自偏置電路、內反饋電路和外反饋電路； 所述的自偏置電路，其為多級電流放大電路的末級電流電路的鏡像電流電路、并決定所述寬帶放大電路的運行頻率的下限； 所述的內反饋電路，其根據寬帶放大器的輸出端即多級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態改變提供給多級電流放大電路的第一級電流放大電路的偏置電壓； 所述的外反饋電路，其將多級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電流放大電路的輸入端。
2.根據權利要求1所述的寬帶放大器，其特征在于，所述的多級電流放大電路為包括兩級電流放大的達林頓晶體管結構。
3.根據權利要求2所述的寬帶放大器，其特征在于，所述的多級電流放大電路的具體結構包括:第一級電流放大電路即初級電流放大電路和第二級電流放大電路即末級電流放大電路，第一級電流放大電路包括有:發射極跟隨型初級放大三極管，初級放大三極管的發射極通過初級偏置電流電阻接地，第二級電流放大電路包括:共發射極型末級放大三極管，末級放大三極管通過末級偏置電流電阻接地，其基極與初級放大三極管的發射極相連，初級放大三極管的基極作為所述多級電流放大電路的輸入端，末級放大三極管的集電極與初級放大三極管的集電極相連作為所述多級電流放大電路的輸出端。
4.根據權利要求3所述的寬帶放大器，其特征在于，所述的內反饋電路包括:內反饋電阻和偏置電壓電阻，內反饋電阻的一端與偏置電壓電阻的一端相連，形成饋入點，內反饋電阻的另一端與多級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電流放大電路的輸入端相連。
5.根據權利要求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.根據權利要求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:旁路電容以及一個作為多級電流放大電路中末級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隔離電阻與末級放大三極管的基極相連，末級放大三極管的基極通過所述的旁路電容接地，自偏置三極管的發射極通過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相連。
【文檔編號】H03F3/20GK204013416SQ201420443916
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月7日 優先權日:2014年8月7日
【發明者】曹然 申請人:蘇州容芯微電子有限公司