放大器的2階和3階交點(diǎn)

　什么是放大器的2階和3階交點(diǎn)?它們的含意如何?

　　答：通常它們與射頻的應用有關(guān)，這些指標提供了表征放大器的IMD性能的質(zhì)量 因數。交點(diǎn)功率越大，使IMD變大的輸入電平越高，所以在給定的信號電平條件下IMD就越低 。

　　它是這樣推導出來(lái)的：把兩個(gè)在頻譜上很純的信號加到同一個(gè)放大器上。這里給出 (及外推出)單一頻率信號輸出功率(用dBm表示)以及2階和3階分量(相對單一頻率)的相對幅 值與輸入信號功率的函數曲線(xiàn)，見(jiàn)圖1。

　　假如你經(jīng)過(guò)數學(xué)分析發(fā)現：如果放大器的非線(xiàn)性可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的冪級數展開(kāi)來(lái)近以 表示，那么輸入信號每增加1 dB，2階IMD幅值會(huì )增加2 dB。同樣，輸入信號每增 加1 dB，3階IMD幅值會(huì )增加3 dB。如果從低電平的兩個(gè)單一頻率輸入信號開(kāi)始，并且只取幾 個(gè)IMD的數據點(diǎn)，你就能畫(huà)(或外推)出2階和3階IMD的直線(xiàn)，如圖1所示。

　　圖1 2階交點(diǎn)、3階交點(diǎn)、增益壓縮和IMD

　　輸出信號超過(guò)一定程度開(kāi)始逐漸飽和，同時(shí)IMD分量明顯增加。假設你延長(cháng)2階和3階IMD 直線(xiàn)，它們將與輸出彩淙脛畢叩難映は呦嘟唬這2個(gè)交點(diǎn)被稱(chēng)為2階交點(diǎn)和3階交點(diǎn)(secONd and thirdorder intercept points)。與這些 交點(diǎn)相對應的投影在縱軸上的輸出功率值通?？蔀榉糯笃鬏敵龉β侍峁┗鶞?，用dBm表示。

　　因為已知3階IMD的幅值斜率(3 dB/dB)，假如它的交點(diǎn)也知道，那么可以估計出任何輸入( 或輸出)電平的3階IMD分量。對于高階交點(diǎn)，直線(xiàn)向右移(斜率相同)，圖1中示出的是對 于給定輸入電平對應較低的3階分量。

　　許多射頻混頻器和放大模塊都有50 Ω的輸入和輸出阻抗。輸出功率就是器件傳輸到50 Ω負載上的功率。輸出功率可以這樣計算：輸出電壓有效值VO的平方除以負載電阻RL 。輸出功率換算為dBm形式的公式為：

　　輸出功率=10log 10 V2ORL1mW dBm

　　另一方面，由于運算放大器輸出阻抗很低，所以對于大多數的射頻應用來(lái)說(shuō)，必須把運 放的 輸出作為信號源接到負載端。按照上述公式通過(guò)計算可以看出實(shí)際運放輸出功率 必須比傳輸到負載上的功率高3 dB。在這類(lèi)應用中習慣上根據實(shí)際傳輸到50 Ω負 載上的功 率而不是 用實(shí)際運算放大器的輸出功率來(lái)定義IMD分量。

　　另一個(gè)值得感興趣的參數是1 dB壓縮點(diǎn)(1dB compression point)，見(jiàn)圖1。在這 點(diǎn)輸出信號已開(kāi)始受到限制并且相對理想的輸入彩涑鑾線(xiàn)衰減1 dB。

　　圖2是AD9620緩沖放大器的3階交點(diǎn)功率(thirdorder intercept power)與輸入 頻率的關(guān)系 曲線(xiàn)。圖中的數據用來(lái)近似表示在各種頻率和信號電平下3階互調分量的實(shí)際值。

　　圖2 交點(diǎn)功率與輸入頻率的關(guān)系

　　假設運算放大器輸出信號是以頻率20 MHz峰峰值2 V加到100 Ω負載(其中50 Ω是 放大器輸出阻抗 ，50 Ω是負載)。所以加到50 Ω負載上的電壓是1V峰峰值，功率為25 mW，對應+4 dBm。 3階交點(diǎn)在20 MHz時(shí)從圖156查得是+40 dBm。這里可采用圖解法，如圖3所示。對一個(gè) 輸出為+4 d Bm的信號，3階IMD分量，根據從交點(diǎn)畫(huà)出的斜率為3的外推直線(xiàn)，得到-6 dBm或者比信號低 72 dBm。 這個(gè)分析假定了運放失真可以用簡(jiǎn)單的冪級數展開(kāi)來(lái)表示。遺憾的是運算放大器并非始 終可以用這種簡(jiǎn)單方式(尤其在高頻時(shí))來(lái)表示，所以3階交點(diǎn)指標主要是用來(lái)表示質(zhì)量因數 ，而不能代替測量。

　　圖3 IMD分量圖解法