第十一章4-2(可变增益放大器)

改进型电路 电路特点：
vo
RC (i2
i3 )
IEE RCth
q 2kT
vin (1 th
q 2kT
Vc )
VCC
① 信号支路改为差分对
RC
RC
射极加反馈电阻
Q Q2
扩大了线性范围
1
② 控制特性——
i5 Q5
电压 Vc 控制信号电流 i5 、i6 Vin
RE
在两对晶体管间的分配
当 Vc 4VT 时
控 制电压 Vc
Vin
前置 放大器
Vo
后置 放大器
Hale Waihona Puke Baidu
VCC RC Q1 Q2
Q5
只要控制电压连续，
Vin
RE
v 则可以连续的控制输出信号 大小 o
VO
RC
Q3 Q4
VC Q6
RE
IEE
11.4.5 电压控制可变衰减器 电压控制可变衰减器＋固定增益放大器
可变增益放大器
1. PIN二极管作为衰减器
PN
普通二极管
单端输入方式， 输入阻抗为 Zin 200 。 片内带有平方律检波器 单电源供电2.7V~5.5V。
控制 内部结构：
电压
高 斯内 插 器
改变偏置电流 I EE 可以线性地控制放大器的增益
放大器的线性性能分析
输出电压为
q vo (i1 i2 )RC IEE RCth 2kT vin
Vin 26mV 时，输出与输入间才呈线性关系 RC
Vcc i1 i2
RC
描述放大器非线性失真的主要的指标
增益1dB压缩点 Pin1dB
三阶互调失真比 IM3
输出电压为
q
RC
vo (i1 i2 )RC RC (IQ is )th 2kT Vc
Q1
控制电压 Vc大小可改变增益 VC
电路优点：输出与信号电流成正比，无失真
Vcc i1 i2
RC Q2 VO
(IQ + is)
实际电路
VC
Vcc RC Q1
VO
Q3
RC
信号电压 vin
Q2
通过 Q3
信号电流 is Vin Q3 的伏安特性有非线性
PIN
PIN二极管
夹有一层 本征半导体
PIN型二极管 特点
R()
频 率很高时（几十MHz以上）失去整流作用 受偏置电压（电流）控制的可变电阻
1K
受偏置电压（电流）控制的开关
600
200
PIN二极管的电阻特性
10
50 100 I正向 A
用PIN二极管构成可变增益放大器
结构图
典型电路
C
vin
RR
C
Lc C
i5 全流入Q2 增益最大
i6
Q3
i1
VO Q3 Q4
VC
i6
Q6
Q6
RE
IEE i5 i2
当Vc 0 时，电流平均分配，增益下降 6dB
当 Vc 4VT 时，增益
0
VC -4VT 0 4VT
11.4.2 改变放大器负反馈控制增益
负反馈电阻一般加在发射极（源极）
电压控制——负反馈电阻值
VCC
电路特点：
Vin
VO
Q1
Q2
RE RE
由双极型晶体管差分放大器的幂级数展开式 IEE
Vc
IM 3
3 4
a3 a1
Vim2
3 4
11 (
3 2VT 1
)2
Vim2
1 16
Vim2 VT2
其中 VT 26mV
2VT
Vim1dB
0.145 a1 a3
发射极加反馈电阻 RE 可扩展线性范围
信号电流 is 从发射极注入
11.4 可变增益放大器（VGA）
可变增益放大器是AGC环路的核心
特征——增益单调地随外加控制电压的变化而变化
主要的指标
增益变化范围 噪声、线性动态范围 、带宽
改变放大器增益的思路
用电压控制放大器的某个参数，从而改变放大器的增益
用一个可变衰减器与固定增益放大器组合
集成中频放大器大多数采用差分放大器形式，本节主要 分析差分放大器，原理同样适用于单管放大器
典型芯片 AD8367—— 可变衰减器＋固定增益放大器
输入
9级 5dB 步进衰减电阻梯形网络
gm 单元
高斯内插器
AD8367
模式
控制电压
偏置
平方律 检波器
电源 使能 输出
地
增益连续可变范围为-2.5dB ~ 42.5dB。 3dB带宽为500MHz。 增益控制具有增、减两种模式 控制电压与增益（dB值）成线性关系 增益控制灵敏度为20mv/dB， (或50dB/v) ， 控制电压范围为50mv~950mv。
二极管电流受 Ic1 控制
输
入
二极管等效电阻受 Ic1 控制
iD
前置
中放
输入
VD 前置中放等效电路
前置中放 VCC
前置 中放
R1 R2
输出
Q1
Q2
Q3
Q4 Q5
可变负载 Ic1
Q1 , Q2
等效电阻
结论：AGC电流控制放大器负载，改变增益
11.4.4 模拟乘法器控制放大器增益
结构图：
模拟乘法器电路图：
11.4.1 改变放大器偏置控制增益
信号vin 从 基极注入
晶体管集电极电流为
Vcc
i1 i2
RC
RC
i1
I EE 2
(1 th
q 2kT
vin )
i2
I EE 2
(1 th
q 2kT
vin )
VO
Q1
Q2
Vin
RE RE
IEE
Vc
q 输出电压为 vo (i1 i2 )RC IEE RCth 2kT vin
Q1
Q2
Q3
Q4 Q5
三级主中放
Q8 Q9
Q6 偏置
23
主中放特性：
可变负载 Ic1 可变增益放大器1
输出
Q7 Ic2
输入—— 差分放大器 Q8, Q9 基极
偏置—— Q6 ,Q7镜像电流源
改变增益方式——放大器偏置电流受 Ic2 控制
前置中放特点：
二极管 Q1,Q2
Q3,Q4 ,Q5 镜像电流源
源极并联场效应管 Q3 和 Q8
Q3 Q8 工作于可变电阻区 Vin
等效电阻：
控制
电压
1
Ron
nCox
W L
(VGS
Vth )
控制电压加在栅极
Q1 Q2
Q3 Q4 Q5
VO Q6 Q7
Q8 Q9 Q10
11.4.3 改变负载控制放大器增益
中放系统结构：
前置中放 三级主中放
前置 中放
输 入
前置中放 VCC
结构图
控 制电压 Vc
S选 择可变抽头
Vin
特点：
Vout
Vin 固定增益 放大器
S
Vout
后置 放大器
① 控制电压选择不同的电阻抽头
②衰减是步进的
③增益、噪声、互调失真 三者关系
NF
输 出 IM3
增益
电阻多－衰减大－增益小－噪声大
电阻衰减器无非线性， 非线性仅由后接放大器引起 AGC目的是保持输出恒定，因此，无论衰 减量如何设置，后置固定增益放大器的 输入电平必然相同，
Lc
RL
控 制电压 Vc
放大器 Vin
Vout
可变衰减器
C VEE
PIN
Lc
交流等效图
C
AGC电流
RR
gmvin
RPIN
RL
C——高频旁路电容
Lc高频扼流圈
AGC电流——PIN二极管偏置电流 晶体管直流偏置
gmvin 晶体管等效电流源 RPIN电压控制可变衰减器
2、可变衰减器——带抽头的R 2R 结构的电阻梯形网络