合作成員：顧銀銀,胡星,王健健,朱建平,沈來偉,方智奇有源器件一.功率放大器二.運算放大器三.低噪聲放大器四.混頻器五.振蕩器是主要內(nèi)容：1.功率放大器的作用

功率放大器的作用是放大來自前放大器的信號，產(chǎn)生足夠的不失真輸出功率。一、功率放大（PowerAmplifier）功率放大器在發(fā)射機中的位置2.功率放大器的現(xiàn)狀與用途

固態(tài)功率放大器具有工作電壓低、尺寸小、效率高、壽命長以及高可靠性等優(yōu)點，已經(jīng)十分廣泛應(yīng)用在移動通信、雷達、干擾、識別等射頻／微波／毫米波系統(tǒng)之中，并且占有十分重要的地位。特別是適用于無線移動通信基站的寬帶線性功率放大器、手持機中的低電壓高效率功率放大器。B類與AB類在B類中，有兩個組輸出器件分別放大正負半周，每一個都精確地在輸入信號的180度或半周期時交互導(dǎo)通。AB類放大器在A類與B類的一種折衷，它改善了小信號輸出的線性度，具有較高的效率，通常用于低頻放大器中?；蛘咭灿糜谄渌€性度和效率都很重要的設(shè)計。B類放大器B類推挽式放大器C類

常稱為高功率射頻（RF）放大器（C類）設(shè)計成在輸入信號不足180°時導(dǎo)通。線性度不好，但是對于單個頻率功率放大器來說這并不重要。信號由調(diào)諧電路還原為近似正弦形狀，同時效率比A類、AB類或者B類放大器都高很多。C類放大器D類

該類放大器使用開關(guān)來達到很高的功耗效率（在現(xiàn)代設(shè)計中大于90%）。通過允許每個輸出器件完全導(dǎo)通或關(guān)斷，能量損失達到最小化。半導(dǎo)體器件的進展已經(jīng)使開發(fā)高保真、全聲音頻帶D類放大器的開展成為可能，使得它們的信噪比和失真度與其它線性器件相近。E類放大器G類放大器4.發(fā)展歷程1)1948年,Shockley、Bardeen和Britain等人發(fā)明雙極晶體管(BJT);2)1952年提出了結(jié)型場效應(yīng)管(JFET);3)70年代以后，GaAs單晶及其外延技術(shù)獲得突破，砷化鎵金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(GaAsMESFET)研制成功。

4)80年代，由于分子束外延技術(shù)(MBE)和金屬有機化學(xué)氣相淀積(MOCVD)技術(shù)的進展，超薄外延層的厚度及雜質(zhì)濃度得到精確控制，使異質(zhì)結(jié)器件迅速發(fā)展;5)90年代，基于新電氣結(jié)構(gòu)的多種新型固態(tài)功率器件相繼出現(xiàn)，如高電子遷移管(HEMT)，以及贗晶高電子遷移率晶體管(PHEMT)，異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)管(HFET)，同時用了多種新材料如InP、SiC、SiGe及GaN等.二、運算放大器(OperationalAmplifier1.運算放大器的簡介運算放大器是可以對電信號進行運算，一般具有高增益、高輸入阻抗和低輸出阻抗的放大器。運算放大器最早被設(shè)計出來的目的是用來進行加，減，微分，積分的模擬數(shù)學(xué)運算，因此被稱為“運算放大器”。同時它也成為實現(xiàn)模擬計算機（analogcomputer）的基本建構(gòu)單元。2.運算放大器的參數(shù)和分類1）參數(shù)：主要有低頻增益、單位增益頻率、功耗、輸出擺幅、共模抑制比、電源抑制比、共模輸入范圍、電壓擺動率、輸入偏移電壓、還有噪聲等。2）分類：按工作原理分：電壓放大型、電流放大型、跨導(dǎo)型和互阻型。按性能指標分：高阻型、高速型、高精度型和低耗型。3.集成運放的發(fā)展概況第一代產(chǎn)品基本沿用了分立元件放大電路的設(shè)計思想，采用集成數(shù)字電路的制造工藝，利用了少量橫向PNP管，構(gòu)成以電流源做偏置電路的三級直接耦合放大電路。第二代產(chǎn)品普遍采用了有源負載，簡化了電路的設(shè)計，并使開環(huán)增益有了顯著提高，各方面性能指標比較均衡，屬于通用型運放。第三代產(chǎn)品的輸入級采用了超β管，β值高達1000~5000倍，而且版圖設(shè)計上考慮了熱效應(yīng)的影響，從而減小了失調(diào)電壓、失調(diào)電流以及他們的溫漂，增大了共模抑制比和輸入電阻。第四代產(chǎn)品采用了斬波穩(wěn)零和動態(tài)穩(wěn)零技術(shù)，使各性能指標參數(shù)更加理想化。ST(意法半導(dǎo)體)的運放產(chǎn)品LF147WIDEBANDWIDTHQUADJ-FETOPERATIONALAMPLIFIERSLOWPOWERCONSUMPTIONWIDECOMMON-MODE(UPTOVCC+)ANDDIFFERENTIALVOLTAGERANGELOWINPUTBIASANDOFFSETCURRENTHIGHINPUTIMPEDANCEJ–FETINPUTSTAGEINTERNALFREQUENCYCOMPENSATION三、低噪聲放大器（lownoiseamplifier）1、晶體管的自身噪聲分類：1）閃爍噪聲，其功率譜密度隨頻率f的降低而增加，因此也叫作1/f噪聲或低頻噪聲。2）基極電阻的熱噪聲和。3）散粒噪聲,這兩種噪聲的功率譜密度基本上與頻率無關(guān)。4）分配噪聲，其強度與f

的平方成正比，當f高于晶體管的截止頻率時,這種噪聲急劇增加。圖1是晶體管噪聲系數(shù)F隨頻率變化的曲線。2、低噪聲放大器的用途：用于各類無線電接收機的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測設(shè)備的放大電路。3、噪聲系數(shù)（F）：

理想放大器的噪聲系數(shù)F=1（0分貝），其物理意義是輸出信噪比等于輸入信噪比。LNA產(chǎn)品四、混頻器（Mixer）三端口器件（單通道）理想的混頻器輸出信號由兩個輸入信號的合頻與差頻組成該器件能通過頻率相乘達到變換頻率的功能，上變頻和下變頻

下變頻混頻器原理圖1、混頻器基本性能指標線性度：通常用輸入三階互調(diào)點IIP3、輸出三階互調(diào)點OIP3、1dB增益壓縮點這三個參數(shù)來衡量變頻損耗/增益：常用電壓轉(zhuǎn)換增益來表征

噪聲系數(shù)(NF)：常用信噪比（SNR-SignalNoiseRatio）來定義：輸出信噪比與輸入信噪比的比值隔離度：隔離度的定義是兩個端口間信號的衰減度，單位是dB（

LO-RF的饋通會導(dǎo)致LNA、天線LO漏損、惡化IIP2性能；RF-LO饋通會導(dǎo)致RF路徑中的強干擾與本地振蕩器影響；LO-IF和RF-IF饋通會影響中頻輸出。因為LO的幅度通常很大，于是LO-RF和LO-IF饋通被廣泛關(guān)注）阻抗匹配：輸入和輸出阻抗匹配通常用史密斯圓圖來表示1dB增益壓縮點示意圖電壓轉(zhuǎn)換增益：噪聲系數(shù)：2、有源混頻器基本結(jié)構(gòu)單平衡優(yōu)點：寬帶應(yīng)用、較好的噪聲抑制、反向配置使噪聲在很大程度上抵消、本振與射頻本振與中頻有較好的相互隔離缺點：射頻信號與中頻信號之間沒有隔離。常常需要額外的在每個晶體管的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部增加一個低通濾波器雙平衡（現(xiàn)在常用雙平衡CMOS-Gilbert混頻器）優(yōu)點：新增的二極管可以改善隔離度、增強對寄生模式的抑制。與單平衡混頻器不同的是，雙平衡混頻器可以消去本振信號和射頻信號中的所有偶次諧波。信號通道是相互隔離的，輸入輸出變壓器可實現(xiàn)射頻信號與本振信號的均勻混頻缺點：需要相當大的本振功率、有較大的變頻損耗（也即變頻增益低）單平衡MOS-Gilbert混頻器雙平衡MOS-Gilbert混頻器3、有源混頻器和無源混頻器的比較有源混頻器在寬帶性能方面表現(xiàn)優(yōu)秀，無雜散動態(tài)范圍卻表現(xiàn)一般無源混頻器無雜散動態(tài)范圍性能優(yōu)秀，但是工作帶寬卻不如有源混頻器因此工程師必須折中考慮線性度、噪聲和帶寬三個性能指標，犧牲某個來成就另外的。而混頻器制造商也在不斷地改進混頻器結(jié)構(gòu)使三個指標盡可能地集中在一個器件上幾種典型的混頻器拓撲性能對比4、混頻器的指標及提高技術(shù)線性度：通過逐段逼近加大跨導(dǎo)的線性從而提高整個系統(tǒng)的線性度下限。源級退化技術(shù)提高混頻器最大輸入電壓范圍，實現(xiàn)增加線性度。用前饋差分對結(jié)構(gòu)來做跨導(dǎo)級電路可以充分減小三階互調(diào)失真，提高線性度。轉(zhuǎn)換增益：輸入端采用多組跨導(dǎo)并聯(lián)提高跨導(dǎo)從而提高轉(zhuǎn)換增益。采用高擺幅負載和有源負載技術(shù)提高負載進而提高轉(zhuǎn)換增益。5、混頻器的國內(nèi)外研究熱點對于0.13微米尺寸CMOS工藝混頻器設(shè)計超寬帶應(yīng)用的混頻器研制極小功率極小尺寸的混頻器的研究可變轉(zhuǎn)換增益混頻器的研究片上巴倫的深入應(yīng)用噪聲抑制技術(shù)的研究面向特殊應(yīng)用的專用混頻器的研制混頻器——幾家器件（包括混頻器）制造商ADI產(chǎn)品ADL5811(單通道)和ADL5812（雙通道）集成了一個寬帶LO放大器，一個可編程RF巴倫，一個高線性度混頻器內(nèi)核，一個可編程的IF濾波器，為設(shè)計多頻段、單板接收機提供了可能。實現(xiàn)了較好的高線性度、低噪聲、寬帶的結(jié)合。五、振蕩器（oscillator）1、定義：振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換裝置——不需要外信號激勵，將直流電能轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流電能。2、振蕩器的種類按振蕩激勵方式分有：自激振蕩器、他激振蕩器；按電路結(jié)構(gòu)分有：阻容振蕩器、電感電容振蕩器、晶體振蕩器、音叉振蕩器；按輸出波形分有：正弦波、方波、鋸齒波振蕩器。

三極管放大器正反饋網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)3、振蕩器最基本組成部分

4、振蕩器起振及穩(wěn)定的條件1)以反饋式為例：起振條件：

i)在相位上：反饋電壓Uf與輸入電壓Ui同相；

ii）在幅值上：Uf＞Ui；

穩(wěn)定條件：

i）振幅穩(wěn)定條件：AF與Ui的變化方向相反。Ii）相位穩(wěn)定條件：相位與頻率的變化方向相反2)以負阻振蕩器為例：i)起振條件為：GD>GLBD=BL

ii)振蕩平衡條件為：GD=GLBD=BL

5、振蕩器的應(yīng)用

振蕩器廣泛用于電子工業(yè)、醫(yī)療、科研等方面；主要適用于各大中院校、醫(yī)療、石油化工、衛(wèi)生防疫、環(huán)境監(jiān)測等科研部門作生物、生化、細胞、菌種等各種液態(tài)、固態(tài)化合物的振蕩培養(yǎng)。是6、生產(chǎn)晶體振蕩器，TXCO之類的歐美公司

1、SITIME；

2、銳康晶體，公司是新西蘭的，是在石英晶體振蕩器的應(yīng)用和開發(fā)方面具有世界領(lǐng)先水平和市場主導(dǎo)地位的一家跨國公司，公司已經(jīng)成為生產(chǎn)全球定位系統(tǒng)石英晶體振蕩器的領(lǐng)頭羊；

3、FoxElectronics全球領(lǐng)先的頻率控制解決方案供應(yīng)商，F(xiàn)ox在美國晶體振蕩器供應(yīng)商調(diào)查中名列榜首；

4、美國ECS；

5、德國Quarz–Technik；

6、美國CMACOSC；

7、日