高速运算放大器和模数转换器电路新的计算分析方法

随着高速运算放大器和模数转换器(ADC)的出现，RF工程师们发现自己开始在HF和VHF频段上与这些器件打交道了。由于特征阻抗常常与50Ω相去甚远，因此在该环境中，诸如Gp(操作功率增益)和噪声系数等熟悉参数容易出现被误用的情况。RF设计惯常的做法是预先假定一个50Ω的系统阻抗，这将诸如放大器和滤波器等元件简化为可以容易地进行级联的两端口网络。当系统阻抗不是50Ω，或者系统阻抗在我们实施级联的过程中发生变化时，则传统的RF分析方法有可能产生错误的结果。

一般方法－电压和功率增益

考虑一种没有一致的系统阻抗的一般情况。电源可能是高阻抗源，放大器可能是一个配置为具有限电压增益的运算放大器，负载可能是任意电阻。在特定电源和负载电阻情况下，适度的电路分析就可以揭示出放大器的电压和功率增益。

这组(3个)基本元件可以采用Thevenin(或Norton)等效法来加以分析。电源可以用如图1所示的等效电路来代表。

类似地，放大器可以由图1所示的一套Z参数来模拟。假定放大器是单向的。这个网络的参数是输入和输出电阻、以及Thevenin电压增益a。为了计算从电源到负载的功率增益，首先计算放大器输入吸收的功率。

Pin=Vin2/Rin
              =Vs2Rin/(Rs+Rin)2         (1)
计算负载吸收的功率。
PL=Vout2/RL
     =(aVsRin)2RL/[(Rs+Rin)(Rout+RL)]2
那么，功率增益为
Gp=PL/Pin=a2RinRL/(Rout+RL)2   (2)
为了计算电压增益，首先计算电压Vin。放大器的输入阻抗等于Rin，因此电压Vin为
Vin=VsRin/(Rs+Rin)
现在计算放大器输出端的电压。
Vout=aVinRL/(Rout+RL)
   =aVsRinRL/[(Rs+Rin)(Rout+RL)]
那么，电压增益为
Gv=aRL/(Rout+RL)            (3)
通常，放大器用可用功率增益GA来规定，分别用等于Rin和Rout的源阻抗和负载阻抗来定义。公式(2)可用于以GA来计算Thevenin电压增益。设定Rs=Rin，RL=Rout，并解出a。

       

用式(4)代入，功率增益和电压增益可以用GA来表示：
Gp=4GARoutRL/(Rout+RL)2          (5)

注意，如果输入、输出和负载电阻都是相等的，那么插入功率增益变为可用功率增益。电压增益变成可用功率增益的平方根。

RF方法──电压和功率增益