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     德國HAWE哈威比例放大器的運(yùn)算設(shè)計(jì)和產(chǎn)品分類

HAWE放大器是能把輸入訊號(hào)的電壓或功率放大的裝置，由電子管或晶體管、電源變壓器和其他電器元件組成。用在通訊、廣播、雷達(dá)、電視、自動(dòng)控制等各種裝置中。

增加信號(hào)幅度或功率的裝置，它是自動(dòng)化技術(shù)工具中處理信號(hào)的重要元件。HAWE放大器的放大作用是用輸入信號(hào)控制能源來實(shí)現(xiàn)的，放大所需功耗由能源提供。對(duì)于線性HAWE放大器，輸出就是輸入信號(hào)的復(fù)現(xiàn)和增強(qiáng)。對(duì)于非線性HAWE放大器，輸出則與輸入信號(hào)成一定函數(shù)關(guān)系。HAWE放大器按所處理信號(hào)物理量分為機(jī)械HAWE放大器、機(jī)電HAWE放大器、電子HAWE放大器、液動(dòng)HAWE放大器和氣動(dòng)HAWE放大器等，其中用得泛的是電子HAWE放大器。隨著射流技術(shù)（見射流元件）的推廣，液動(dòng)或氣動(dòng)HAWE放大器的應(yīng)用也逐漸增多。電子HAWE放大器又按所用有源器件分為真空管HAWE放大器、晶體管HAWE放大器、固體HAWE放大器和磁HAWE放大器，其中又以晶體管HAWE放大器應(yīng)用。在自動(dòng)化儀表中晶體管HAWE放大器常用于信號(hào)的電壓放大和電流放大，主要形式有單端放大和推挽放大。此外，還常用于阻抗匹配、隔離、電流-電壓轉(zhuǎn)換、電荷-電壓轉(zhuǎn)換（如電荷HAWE放大器）以及利用HAWE放大器實(shí)現(xiàn)輸出與輸入之間的一定函數(shù)關(guān)系（如運(yùn)算HAWE放大器）。

原理：高頻功率HAWE放大器用于發(fā)射機(jī)的末級(jí)，作用是將高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以接收到滿意的信號(hào)電平，并且不干擾相鄰信道的通信。

高頻功率HAWE放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率HAWE放大器和寬帶高頻功率HAWE放大器兩種，窄帶高頻功率HAWE放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調(diào)諧功率HAWE放大器或諧振功率HAWE放大器；寬帶高頻功率HAWE放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調(diào)諧功率HAWE放大器。高頻功率HAWE放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出在 “低頻電子線路"課程中已知，HAWE放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態(tài)。甲類HAWE放大器電流的流通角為360o，適用于小信號(hào)低功率放大。乙類HAWE放大器電流的流通角約等于 180o；丙類HAWE放大器電流的流通角則小于180o。乙類和丙類都適用于大功率工作丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。高頻功率HAWE放大器大多工作于丙類。但丙類HAWE放大器的電流波形失真太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調(diào)諧回路作為負(fù)載的諧振功率放大。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。

運(yùn)算HAWE放大器是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中的一個(gè)、最重要的的單元。全差分運(yùn)放是指輸入和輸出都是差分信號(hào)的運(yùn)放, 與普通的單端輸出運(yùn)放相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn): 輸出的電壓擺幅較大;較好的抑制共模噪聲;更低的噪聲;抑制諧波失真的偶數(shù)階項(xiàng)比較好等。因此通常高性能的運(yùn)放多采用全差分形式。近年來,全差分運(yùn)放更高的單位增益帶寬頻率及更大的輸出擺幅使得它在高速和低壓電路中的應(yīng)用更加廣泛。隨著日益增加的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換率, 高速的模數(shù)轉(zhuǎn)換器需求越來越廣泛, 而高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要高增益和高單位增益帶寬運(yùn)放來滿足系統(tǒng)精度和快速建立的需要。速度和精度是模擬電路兩個(gè)最重要的性能指標(biāo),然而,這兩者的要求是互相制約、互為矛盾的。所以同時(shí)滿足這兩方面的要求是困難的。折疊共源共柵技術(shù)可以較成功地解決這一難題, 這種結(jié)構(gòu)的運(yùn)放具有較高的開環(huán)增益及很高的單位增益帶寬。全差分運(yùn)放的缺點(diǎn)是它外部反饋環(huán)的共模環(huán)路增益很小, 輸出共模電平不能精確確定,因此,一般情況下需加共模反饋電路

運(yùn)放結(jié)構(gòu)的選擇

運(yùn)算HAWE放大器的結(jié)構(gòu)重要有三種:(a) 簡單兩級(jí)運(yùn)放,(b)折疊共源共柵,(c)共源共柵,如圖1 的前級(jí)所示。本次設(shè)計(jì)的運(yùn)算HAWE放大器的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求差分輸出幅度為±4V, 即輸出端的所有NMOS 管的VDSAT,N 之和小于0.5V,輸出端的所有PMOS 管的VDSAT,P 之和也必須小于0.5V [1]  。

主運(yùn)放結(jié)構(gòu)

該運(yùn)算HAWE放大器存在兩級(jí):(1)Cascode 級(jí)增大直流增益(M1-M8)；(2)、共源HAWE放大器(M9-M12) [1]  。

共模負(fù)反饋

對(duì)于全差分運(yùn)放, 為了穩(wěn)定輸出共模電壓,應(yīng)加入共模負(fù)反饋電路。在設(shè)計(jì)輸出平衡的全差分運(yùn)算HAWE放大器的時(shí)候,必須考慮到以下幾點(diǎn):共模負(fù)反饋的開環(huán)直流增益要求足夠大,最好能夠于差分開環(huán)直流增益相當(dāng);共模負(fù)反饋的單位增益帶寬也要求足夠大,最好接近差分單位增益帶寬;為了確保共模負(fù)反饋的穩(wěn)定, 一般情況下要求進(jìn)行共?；芈费a(bǔ)償;共模信號(hào)監(jiān)測器要求具有很好的線性特性;共模負(fù)反饋與差模信號(hào)無關(guān), 即使差模信號(hào)通路是關(guān)斷的 [1]  。

該運(yùn)算放大采用連續(xù)時(shí)間方式來實(shí)現(xiàn)共模負(fù)反饋功能。

該結(jié)構(gòu)共用了共模HAWE放大器和差模HAWE放大器的輸入級(jí)中電流鏡及輸出負(fù)載。這樣,一方面降低了功耗; 另一方面保證共模HAWE放大器與差模HAWE放大器在交流特性上保持一致。因?yàn)楣材AWE放大器的輸出級(jí)與差模HAWE放大器的輸出級(jí)可以*共用,電容補(bǔ)償電路也一樣。只要差模HAWE放大器頻率特性是穩(wěn)定的,則共模負(fù)反饋也是穩(wěn)定的。這種共模負(fù)反饋電路使得全差分運(yùn)算HAWE放大器可以像單端輸出的運(yùn)算HAWE放大器一樣設(shè)計(jì), 而不用考慮共模負(fù)反饋電路對(duì)全差分HAWE放大器的影響 [1]  。

電壓偏置電路:寬擺幅電流

在共源共柵輸入級(jí)中需要三個(gè)電壓偏置,為了使得輸入級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍大一些,寬擺幅電流源來產(chǎn)生所需要的三個(gè)偏置電壓

集成運(yùn)算HAWE放大器主要類別下面對(duì)不同特性的集成運(yùn)算HAWE放大器進(jìn)行介紹。

通用型集成運(yùn)算HAWE放大器

通用型集成運(yùn)算HAWE放大器是指它的技術(shù)參數(shù)比較適中，可滿足大多數(shù)情況下的使用要求。通用型集成運(yùn)算HAWE放大器又分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，其中Ⅰ型屬低增益運(yùn)算HAWE放大器，Ⅱ型屬中增益運(yùn)算HAWE放大器，Ⅲ型為高增益運(yùn)算HAWE放大器。Ⅰ型和Ⅱ型基本上是早期的產(chǎn)品，其輸入失調(diào)電壓在2mV左右，開環(huán)增益一般大于80dB。

高精度集成運(yùn)算HAWE放大器

高精度集成運(yùn)算HAWE放大器是指那些失調(diào)電壓小，溫度漂移非常小，以及增益、共模抑制比非常高的運(yùn)算HAWE放大器。這類運(yùn)算HAWE放大器的噪聲也比較小。其中單片高精度集成運(yùn)算HAWE放大器的失調(diào)電壓可小到幾微伏，溫度漂移小到幾十微伏每攝氏度。

高速型集成運(yùn)算HAWE放大器

高速型集成運(yùn)算HAWE放大器的輸出電壓轉(zhuǎn)換速率很大，有的可達(dá)2~3kV/μS。

高輸入阻抗集成運(yùn)算HAWE放大器

高輸入阻抗集成運(yùn)算HAWE放大器的輸入阻抗十分大，輸入電流非常小。這類運(yùn)算HAWE放大器的輸入級(jí)往往采用MOS管。

低功耗集成運(yùn)算HAWE放大器

低功耗集成運(yùn)算HAWE放大器工作時(shí)的電流非常小，電源電壓也很低，整個(gè)運(yùn)算HAWE放大器的功耗僅為幾十微瓦。這類集成運(yùn)算HAWE放大器多用于便攜式電子產(chǎn)品中。

寬頻帶集成運(yùn)算HAWE放大器

寬頻帶集成運(yùn)算HAWE放大器的頻帶很寬，其單位增益帶寬可達(dá)千兆赫以上，往往用于寬頻帶放大電路中。

高壓型集成運(yùn)算HAWE放大器

一般集成運(yùn)算HAWE放大器的供電電壓在15V以下，而高壓型集成運(yùn)算HAWE放大器的供電電壓可達(dá)數(shù)十伏。

功率型集成運(yùn)算HAWE放大器

功率型集成運(yùn)算HAWE放大器的輸出級(jí)，可向負(fù)載提供比較大的功率輸出。

光纖HAWE放大器

光纖HAWE放大器不但可對(duì)光信號(hào)進(jìn)行直接放大，同時(shí)還具有實(shí)時(shí)、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大功能，是新一代光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件；由于這項(xiàng)技術(shù)不僅解決了衰減對(duì)光網(wǎng)絡(luò)傳輸速率與距離的限制，更重要的是它開創(chuàng)了1550nm頻段的波分復(fù)用，從而將使超高速、超大容量、超長距離的波分復(fù)用（WDM）、密集波分復(fù)用（DWDM）、全光傳輸、光孤子傳輸?shù)瘸蔀楝F(xiàn)實(shí)，是光纖通信發(fā)展的一個(gè)劃時(shí)代的里程碑。在目前實(shí)用化的光纖HAWE放大器中主要有摻鉺光纖HAWE放大器（EDFA）、半導(dǎo)體光HAWE放大器（SOA）和光纖拉曼HAWE放大器（FRA）等，其中摻鉺光纖HAWE放大器以其*的性能現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于長距離、大容量、高速率的光纖通信系統(tǒng)、接入網(wǎng)、光纖CATV網(wǎng)、系統(tǒng)（雷達(dá)多路數(shù)據(jù)復(fù)接、數(shù)據(jù)傳輸、制導(dǎo)等）等領(lǐng)域，作為功率HAWE放大器、中繼HAWE放大器和前置HAWE放大器。

光纖HAWE放大器一般都由增益介質(zhì)、泵浦光和輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)組成。目前光纖HAWE放大器主要有摻鉺光纖HAWE放大器、半導(dǎo)體光HAWE放大器和光纖拉曼HAWE放大器三種，根據(jù)其在光纖網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，光纖HAWE放大器主要有三種不同的用途：在發(fā)射機(jī)側(cè)用作功率HAWE放大器以提高發(fā)射機(jī)的功率；在接收機(jī)之前作光預(yù)HAWE放大器以極大地提高光接收機(jī)的靈敏度；在光纖傳輸線路中作中繼HAWE放大器以補(bǔ)償光纖傳輸損耗，延長傳輸距離。

有線電視干線HAWE放大器

干線HAWE放大器技術(shù)特點(diǎn)：

*．HYF-860B﹑HYF-750B﹑HYF-550B系列溫度補(bǔ)償寬帶網(wǎng)絡(luò)干線HAWE放大器采用采用高性能飛利浦CATV專用放大模塊，保證了輸出信號(hào)功率大,頻帶寬,增益高,線性好,工作穩(wěn)定。

*．前后兩級(jí)均衡調(diào)節(jié)電路，使信號(hào)電平平坦度好，有效解決電平“鼓包"現(xiàn)象，并且能使電平帶斜率輸出，適用于有線電視遠(yuǎn)距離傳輸。

*．的集成電路式溫度補(bǔ)償能改善由于高低氣溫差對(duì)電纜及HAWE放大器的影響，自動(dòng)控制輸出電平的高低。

*．分支型﹑分配型輸出選擇功能適合實(shí)際線路的需要，節(jié)省開支；輸出饋電顯示功能，方便實(shí)用。

*．采用雙面金屬孔化電路板，優(yōu)質(zhì)環(huán)型變壓器電源，使HAWE放大器高頻性能優(yōu)異，工作穩(wěn)定可靠。

*．CATV專用鋁合金壓鑄噴塑外殼，防雨、散熱、屏蔽特性好。

*．220V交流供電或者60V集中饋電型任選。