[发明专利]负电阻补偿的微波缓冲器

说明书

本发明涉及微波缓冲电路，特别是涉及具有高输入阻抗的单片微波缓冲放大器。

高输入阻抗的微波缓冲放大器对于级联的微波电路和/或部件的耦合是特别有用的。在以这种方式使用时，这类缓冲放大器把第一个微波电路或微波部件的输出和第二个微波电路或部件的输入相耦合以防止输入对输出的加载作用。

在单片微波缓冲放大器中，尤其是在场效应晶体管(FET)或双极型晶体管各级的情况下，晶体管输入电容对缓冲放大器输入阻抗的影响随着工作频率增加到3dB滚降频率f_3dB以上时会变得比晶体管的输入电阻更加主要。如在本专利申请中所用的那样，术语3dB滚降频率是指增益比放大器的标称的直流开环增益A下降多于3dB以下时的频率。这种增益跌落的例子示于图1中。在典型情况下，输入阻抗Z_IN等效于输入电阻Ri在电气上和输入电容C_i并联。随着缓冲放大器的工作频率增加到f_3dB以上，容性电抗1／2πfC_i相对于并联电阻R_i而下降，导致输入阻抗幅度相当大的下降。这种下降的例子也示于图1中。从例子可以看到，在1GHz的微波频率下这样的缓冲放大器的输入阻抗Z_IN的幅度可以是一个很低的数值，例如2欧姆。这会对联接到输入端的微波电路或微波部件的输出严重地加载。单片微波缓冲放大器的这种输入特性通常会限制它们使用在这样的一些场合，即微波电路或/和部件工作在缓冲放大器3dB滚降频率以下的频率上。

本发明的一个目标是提供一种单片微波缓冲放大器，它具有足够大的正的输入阻抗，即使在3dB滚降频率以上也是这样，使其在该频率上能实际运用。

本发明的另一个目标是提供一种单片微波缓冲放大器，它具有这样的一个输入阻抗，在3dB滚降频率以上的频率下容抗分量相对于电阻分量的优势至少能被明显地减小。

按照本发明，单片微波缓冲放大器包括级联的第一和第二级，每一级具有包括一个在3dB滚降频率之上是容性电抗分量在内的输入阻抗。在级联的各级工作时，容性电抗分量协同作用以产生在输入电流和输入电压之间的180°相移，从而使得这些部件在第一级的输入端共同表现出一个阻值为R^-的负的输入电阻。缓冲放大器还在它的输入端包括一个正电阻，其幅度至少等于负的输入电阻的幅度，以便有效地抵消这个负电阻并且提供一个有足够幅度的有效正输入电阻来防止对耦合到输入端的电路或部件有过分的加载。

这样，在按照本发明的缓冲放大器中通过显著地减少输入阻抗的容性电抗分量而使输入阻抗增大。另外，通过选择能显著地抵消负的输入电阻的正电阻的阻值，输入阻抗的电阻分量实际上能增大到比在常规缓冲放大器中所具有的阻值更大的值。

在优选实施例中，缓冲放大器包括阻值为R的并联输入电阻，此处1/R=1/R_eff+1/R⁺。缓冲放大器的总输入阻抗基本上是实数，它包括作为实数部分的输入电阻R_IN，这里1/R_IN=1/R^-+1/R⁺+1/R_eff，且其中R⁺等于并基本上抵消阻值为R^-的负的输入电阻。因此，电阻R_eff就是缓冲放大器的有效输入阻抗。

按照本发明的其它实施例在其余的权利要求中说明。

本发明的实施例将参考所附插图利用例子来说明，在这些图中：

图1表示一个代表性的曲线图，说明典型的单片微波缓冲放大器的电流增益对频率的特性和输入阻抗对频率的特性。

图2A和2B分别表示按照本发明的单片微波缓冲放大器的第一和第二实施例的电路图。

图3表示一个代表性的曲线图，说明按照本发明的一个单片微波缓冲放大器的总输入电阻对频率的特性和负输入电阻对频率的特性。

图4A和4B分别表示按照本发明的单片微波缓冲放大器的第三和第四实施例。

图2A表示按照本发明的缓冲放大器的第一实施例，它包括两个级联的双极型晶体管级。在第一级，晶体管Q1以射极跟随器的接法电连接到电阻R₁，该电阻电连接到发射极上。在第二级，晶体管Q2电连接成共发射极接法。晶体管Q1的基极电连接到缓冲放大器的一个输入端IN，晶体管Q2的集电极则电连接到缓冲放大器的一个输出端OUT。缓冲放大器还包括和电源电压V⁺和V^-相连接的端子，其中的一个一般是处于地电位。