輕松判斷射頻系統(tǒng)中的功率增益和電壓增益

我聽到越來越多的客戶在問“通過不同負載阻抗的信號鏈的增益是如何變化的?”;“當以dB測量時，電壓增益和功率增益何時重合?”若你們中的任何人有相同的問題，我想與Analog Wire的聽眾一起分享問題的答案。因此，我們開始吧...

在具有50歐姆終端的單端信號路徑中，增益計算非常容易，因為電壓增益(20 * log(Vout / Vin))等于功率增益(10 * log(Pout / Pin))。但是，當負載的阻抗或源變化時，事情變得有點復(fù)雜。例如，在許多無線電接收器通道中，50歐姆單端信號在被高性能ADC(如ADC16DV160)數(shù)字化之前被轉(zhuǎn)換為200歐姆差分信號。

此外，有兩種主要類型的放大器，電壓輸出放大器(如LMH6521)，和電流輸出放大器(如LMH6515)。以下計算顯示了這兩種不同類型的放大器如何對不同的負載條件做出反應(yīng)。

電壓輸出放大器是非RF系統(tǒng)中最常見的放大器，且通過經(jīng)典的運算放大器(運放)永久化。注意，電流反饋和電壓反饋運算放大器都具有電壓輸出架構(gòu)。隨著雙極晶體管技術(shù)的最新發(fā)展，運算放大器及其衍生產(chǎn)品可用于高達2 GHz或更高的頻率。結(jié)果，它們找到進入RF和IF信號路徑的方式。因為運算放大器具有無限的輸入阻抗和零輸出阻抗，因此運放的功率增益通常不指定，而作為電壓增益(Av)給出。公共增益設(shè)置為6dB，其中輸出電壓為輸入電壓的2倍。請注意，此增益不指定輸入負載條件或輸出負載條件。因為僅憑電壓不足以計算功率，因此不能僅使用電壓增益來計算功率增益。

圖 1 理想的電壓放大器

圖2示例電壓放大器：LMH6521

電流輸出放大器是另一種常見類型的RF放大器，因為給定的輸入信號產(chǎn)生給定的輸出電流。在一個配置中有兩種常見配置：Iout =(in * Gain)，Iout =(Vin * gain)。后者更常見。在這種情況下，增益稱為跨導(dǎo)(gm)。在跨導(dǎo)放大器計算中，電壓增益和功率增益都取決于負載條件。(示例放大器LMH6515 Rin =200Ω，Rout =200Ω或400Ω，最大增益= 0.1A / V)

圖3 理想的電流放大器

圖4示例電流放大器：LMH6515

對于兩種放大器拓撲，當輸入和輸出阻抗相同時，電壓增益(dB)和功率增益(dB)才相等。然而，對于電流放大器，電壓增益和功率增益將隨著負載條件而變化，而對于電壓放大器，僅功率增益隨負載改變。