[实用新型]一种具稳定操作点的宽频带线性放大器

说明书

本实用新型一种放大器，特别涉及一种具稳定操作点的宽频带线性放大器。包括:第一放大器,其于输入端接收该宽频带线性放大器的输入电压信号,并于输出端提供该宽频带线性放大器的输出电压信号,同时利用电源电压来提供输出端的直流操作点电压；第二放大器,其除了将该第二放大器的输入端连接至接地以外,余均与该第一放大器具有完全相同的电路构造；以及操作点稳定电路,其用以将该第二放大器的输出端的直流操作点电压,经由该操作点稳定电路而直接提供至该第一放大器的输出端,以便稳定该第一放大器输出端的直流操作点电压。本实用新型有效地防止宽频带放大器输入电压信号V的直流成份对宽频带线性放大器输出端的直流操作点的影响。

技术领域

本实用新型一种放大器，特别涉及一种具稳定操作点的宽频带线性放大器。

背景技术

宽频带多频道通讯统需要具有高度线性的宽频带放大器，以避免由于大量潜在载子交互作用所引起的第二与第三谐波的影响，因此，为了使放大器具有最大的线性，必须最小化该第二与第三谐波的影响。基本上，可利用自动增益控制以便藉由降低较大输入信号的增益而获取较佳的线性度。

不幸地，典型的积体电路放大器输出电流是单向的，亦即，输出电流从电源供应端流到接地端，现有的放大器通常引导电流流向电阻性负载或引导电流从电阻性负载离开，因而会相当大程度地改变放大器的直流DC操作点。这些操作点的偏移会导致放大器的线性劣化，并限制了放大器的增益范围。如果太多电流被引导到电阻性负载，则输出电压可能明显地降低，并引起放大器饱和，结果，不但会导致不良的线性，并且也会使放大器信号响应与频宽退化。如果太少电流被引导到电阻性负载，则输出电压可能明显地增加，结果，可能导致灾难性的装置故障。

图1位现有的宽频带线性放大器的电路图，其包括电阻性负载RL、NMOS电晶体M1、M2和M3、偏压电压VB、以及差动增益控制电压VAGC，其中，该电阻性负载RL连接在电源电压VDD与输出端OUT的间，该NMOS电晶体M1的汲极、闸极与源极分别连接至电源电压VDD、差动增益控制电压VAGC的负端、以及内部节点NA，该NMOS电晶体M2的汲极、闸极与源极分别连接至输出端OUT、差动增益控制电压VAGC的正端、以及内部节点NA，而该NMOS电晶体M3的汲极、闸极与源极则分别连接至内部节点NA、偏压电压VB、以及输入端IN。

对MOS电晶体放大器而言，放大器的线性是MOS电晶体偏压条件的函数，尤其是MOS电晶体的汲极对源极电压Vds的函数。而放大器的非线性则由MOS电晶体的寄生电容、本质电阻与过度驱动放大器所引起。当MOS电晶体的汲极对源极电压Vds变得太小时，会使MOS电晶体脱离饱和区，则过度驱动放大器便发生，进而使放大器线性与/或频宽退化。

宽频带放大器中，对于放大器整个操作范围而言，为了使NMOS电晶体M1、M2和M3均能于饱和区中操作，所有三个NMOS电晶体M1、M2和M3皆须施加偏压。NMOS电晶体于饱和区中操作时，汲极对源极电压Vds大于闸极对源极电压Vgs减去电晶体的临限电压VT，亦即Vds>Vgs－VT……1

为了便于说明起见，以下的推导过程，均将金氧半电晶体以OrCAD Pspice中的最简单模型来描述，且不考虑通道长度调变效应。

NMOS电晶体Mjj＝1,2,3于饱和区中操作时，其汲极电流Idj可写成Idj＝[KP.Wj/2.Lj].Vgs－VTj2………2

方程式2中的Wj和Lj分别表示该NMOS电晶体Mj的有效通道宽度及有效通道长度，KP表示OrCAD Pspice中的一金氧半电晶体模型参数，而VTj则表示该NMOS电晶体Mj的临限电压。

输出端OUT的直流操作点电压VO可写成VO＝VDD－ID2.RL……3

于方程式3中，VDD表示电源电压，RL表示电阻性负载的电阻值，并且为了便于分辨起见，将直流分析时的NMOS电晶体M2的汲极电流以ID2表示。